МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ

КАЗАХСТАН

 

Алматинский институт энергетики и связи

 

 

 

 

 

 

 

 

М. К. Дюсебаев,

З. А. Кашкарова,

Ф. Р. Жандаулетова

 

ОСНОВЫ ЭКОЛОГИИ

Учебное пособие

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Алматы 2006

ББК 20.187

                      О-75

УДК 624.0: 502.0

Основы экологии:

Учебное пособие / М. К. Дюсебаев; З. А. Кашкарова; Ф. Р. Жандаулетова;

АИЭС. Алматы, 2005.- 92 с.

 

 

 

В учебном пособии рассматриваются вопросы экологии в связи с инженерными проблемами охраны окружающей среды. Излагаются вопросы экологических последствий взаимодействия природы и общества, вопросы контроля и управления качеством природной среды, общие принципы и направления  охраны природы, защиты экологических систем от промышленных выбросов.

Учебное пособие может быть полезным студентам вузов, колледжей, магистрантам, аспирантам, инженерно-техническим работникам и широкому кругу читателей, интересующихся проблемами экологии.

 

 

 

 

 

РЕЦЕНЗЕНТЫ: кафедра ОТ и ОС  АИЭС, д-р  техн. наук,

                            проф. Т. Е. Хакимжанов; кафедра БЖД

                            КазНТУ им. К. Сатпаева, канд. техн. наук,

                                      доц. Н. Г. Хайрлиева.

 

 

 

Печатается по плану издания Министерства образования и науки Республики Казахстан на 2005 г.

 

 

 

 

               

 

 

ISBN   9965 – 708 – 23 – 1

 

 

 

 

 

© Алматинский институт энергетики и связи, 2006 г.

 

Содержание

Предисловие	4
1        История развития экологических проблем и современная экологическая ситуация	6
1.1       Биосфера. Современные концепции биосферы	12
1.2       Основные экологические законы, регулирующие взаимоотношения в системе «общество – природа»	18
2        Охрана воздушного бассейна	20
3        Водные ресурсы	35
3.1       Классификация сточных вод	43
3.2       Методы очистки сточных вод	47
3.2.1     Механическая очистка сточных вод	47
3.2.2     Химическая очистка сточных вод	48
3.2.3     Биологическая очистка	50
4        Влияние хозяйственной деятельности на земельные ресурсы
4.1       Земельные ресурсы и земная поверхность	51
4.2       Влияние хозяйственной деятельности на земельные ресурсы	55
4.3       Методы обезвреживания отходов, утилизация промышленных отходов. Требования к хранилищам отходов.	60
5        Экономические основы охраны окружающей среды	72
5.1       Оценка ущерба от загрязнения окружающей среды и экономиче­ский эффект от предупреждения антропогенных воздействий	73
5.2       Определение расхода топлива	79
5.3       Оценка экономического ущерба от загрязнения атмосферы	83
5.4       Оценка экономического ущерба от загрязнения водоемов	87
5.5       Оценка экономического ущерба от загрязнения акустической среды населенных мест	90
Список литературы	92

   

Предисловие

В настоящее время экономика Казахстана является одной из лучших среди стран СНГ. Свидетельством служит признание Европейским Союзом в 2000 г. республики страной с рыночной экономикой.

Основная макроэкономическая стратегия страны на ближайшие годы предполагает, наряду с развитием отечественного реального сектора и производства, уверенный выход Казахстана на мировой рынок.

Вместе с тем экологическая ситуация в республике, несмотря на принятие ряда мер, остается весьма напряженной. Обобщенная оценка состояния окружающей природной среды, сложившаяся в результате хозяйственной деятельности, позволяет отнести Приаралье, бассейн оз. Балхаш, Прикаспийский регион, Восточный Казахстан и другие к числу регионов, находящихся на грани экологической катастрофы.

Как известно, традиционная энергетика, являясь основой развития промышленной инфраструктуры и системой жизнеобеспечения населения, одновременно оказывает неблагопрятное воздействие на состояние окружающей природной среды. Так, около 80% всех видов загрязнений биосферы обусловлено процессами выработки электрической и тепловой энергии в топливно-энергетиче­ском комплексе, охватывающем технологический цикл от добычи, переработки и транспорта всех видов органического и ядерного топлива до использования их на электростанциях.

В республике эксплуатируются и скоружаются воздушные линии электропередачи высокого (500 и 750 кВ) и сверхвысокого (1500 и 1150 кВ) напряжения, которые создают в прилегающем к ним пространстве мощные электромагнитные поля промышленной частоты, вредно действующие на здоровье людей, а в земле – блуждающие токи, вызывающие электрохимическую коррозию металлических конструкций.

В стране прокладываются трансконтинентальные линии связи – мощные источники электромгнитных полей радиочастотного диапазона.

Современная цивилизация не может развиваться традиционным путем, когда нерационально используются природные ресурсы и негативное воздействие сложившихся технологий на окружающую среду достигло катастрофических размеров. Поэтому на конференции ООН в Рио-де-Жанейро (1992 г.) была принята “Концепция устойчивого долговременного развития” мирового сообщества, которая предполагает :

– сочетание национальных и общечеловеческих интересов;

– переход к устойчивому развитию экономики;

– признание неразрывности государства перед своим народом и мировым сообществом за деятельность по обеспечению развития и охране окружающей среды и т.д.

Проблема устойчивого развития занимает ключевое место в долгосрочной программе развития Казахстана “Стратегия – 2030”, предусматривающей решение беспрецендентных по масштабам экономических, социальных и экологических задач.

Люди имеют право на здоровую и плодотворную жизнь в гармонии с природой – средой обитания, которая характеризуется параметрами состояния атмосферы, воды, земли, растительного и животного мира, запасами в недрах.

В предлагаемом учебном пособии рассматриваются некоторые экологические проблемы применительно к Казахстану и пути их решения, способствующие студентам анализировать и оценивать в будущем свою профессиональную деятельность относительно ее воздействия на окружающую среду и принимать оптимальные меры.

1 История развития экологических проблем и современная экологическая ситуация

Экология – это наука, изучающая взаимосвязи между организмами и сре­дой, в которой они обитают. Экология в буквальном смысле – наука о месте оби­тания. Понятие экологии очень обширно, поэтому в зависимости от акцента на той или иной ее задачи меняется и формулировка определения. Для современной ситуации актуально определение экологии (приведенное в словаре) Уэбстера: «Предмет экологии – это совокупность или структура связей между организ­мами».

Экология имеет два основных научных аспекта:

– стремление к познанию ради самого познания;

– применение результатов познания для решения проблем, связанных с ок­ружающей средой.

Значение экологии на современном этапе развития общества объясняется тем, что ни один из вопросов практической важности нельзя решить без учета связей между живыми и неживыми компонентами природы.

Западные ученые обычно различают науку экологию и науку об окружаю­щей среде. Экология изучает три группы факторов среды, воздействующих на ор­ганизмы: абиотические, биотические и антропогенные.

Рождение экологии как самостоятельной науки относят примерно к 1900 г., но сам термин ввел в широкое применение немецкий биолог Э. Геккель в 80-е годы второго тысячелетия, определивший экологию как «общую науку об отно­шениях организмов к окружающей среде».

Пиком признания экологии как науки считаются 20-30-е годы ХХ века, ко­гда были созданы теоретические модели, характеризующие рост популяций и взаимодействие между ними.

Сегодня можно выделить классическую (общую) экологию; специальную экологию, включающую специальные, чисто биологические разделы экологии; прикладную экологию, включающую такие разделы, как экологическая экспер­тиза, оценка риска технологий; и глобальную экологию.

Общая экология изучает основные закономерности и принципы взаимодей­ствия биотической и абиотической компонентов экосистем, устанавливает за­коны формирования структуры, функционирования эволюции экосистем на ос­нове анализа целостных свойств экосистемы, таких, как продуктивность, кругово­рот вещества и энергии, устойчивость. Полученные результаты используются в качестве теоретической основы прикладной и глобальной экологий.

Специальная экология развивает пути приложения законов общей экологии к различным типам местообитаний и биоценозов различных биоклиматических поясов.

Прикладная экология – необходимый элемент хозяйственной деятельности на (государственном) национальном уровне.

Глобальная экология ориентирована на урегулирование взаимоотношений человечества как биологического вида, живущего на Земле и подвергающего ее негативным воздействиям, с окружающей средой с целью ее сохранения в преде­лах всей биосферы. Сегодня ее основная задача – осуществление тесного межго­сударственного сотрудничества как в области охраны окружающей среды, так и социально-экономического сотрудничества и координации действий.

Анализ истории взаимодействия человека с природой и проблемы охраны окружающей природной среды свидетельствуют о существовании в истории раз­вития человека четырех периодов различных по времени и силе воздействия лю­дей на природу. Сейчас наблюдается переход к пятому периоду.

Первый период охватывает эру наиболее примитивной культуры каменного века и первобытно-общинного уклада жизни. Довольно малочисленные человече­ские племена рассеяны по широким пространствам Земли и воздействие их на природу, казалось бы, ограничивалось рыболовством и охотой. Однако уже в те времена человек знал некоторые свойства камня и отдавал предпочтение опреде­ленным горным породам при изготовлении орудий труда и защиты.

Трудно судить о степени влияния человека на растительный и животный мир, хотя данные раскопок (совместные захоронения различных животных: ма­монтов, шерстистых носорогов и др.) указывают, что охота на них могла способ­ствовать исчезновению этих животных.

Взаимодействие первобытного человека с биосферой ничем не отличалось от аналогичного взаимодействия обычного гетеротрофного организма. Однако постепенно круг используемых человеком природных ресурсов расширялся па­раллельно с развитием функций головного мозга и изменением качества жизни.

В этот период человек как бы преклонялся перед обожествленными им си­лами природы, пока еще таинственными в своих проявлениях.

Второму периоду соответствует время с начала землепользования, т.е. от VIII-VII вв. до н.э. до становления промышленного производства в XV в. н.э. Это период рабовладельческого общества, период активного развития скотоводства и земледелия. Широкий размах в этот период приобретает ирригация земель в ни­зовьях Нила, в Средней и Малой Азии, в Индии, Китае, Южной и Центральной Америке.

Наряду с поверхностными водами, начинают успешно использоваться под­земные воды, извлекаемые кязирами – дренажными галереями, строятся колодцы, которые принимают в себя и сохраняют под землей воды весенне-зимнего стока, которые используют летом для водопоя скота.

Интенсивное сельскохозяйственное освоение земель, использование древе­сины как основного энергетического и строительного материала приводило к со­кращению площади лесных массивов.

Развитие мореходства способствовало расширению морского промысла, прежде всего добычи китов.

Однако в этот период все страны входят еще в единую аграрную цивилиза­цию, которая принципиально не изменила общий биогеохимический круговорот на нашей планете. Деятельность человека в условиях аграрной цивилизации су­щественно не влияла на круговорот веществ и поток энергии в биосфере.

Третий период охватывает с XVI по XIX века. Это время становления капи­тализма, характеризуемое концентрацией производственных сил, развитием част­ного предпринимательства, постоянными войнами.

Во второй половине XIX века начинается интенсивный рост промышленно­сти, железнодорожного транспорта, возрастает потребление ископаемого топлива и соответственно человек все в большей мере вмешивается в круговорот веществ в биосфере. Одним из неблагоприятных факторов оказывается появление в боль­шом количестве отходов промышленности, которые не разрушаются в ходе при­родных процессов, а нарушают естественный биогеохимический круговорот. Де­структивная деятельность микроорганизмов затрудняется ядовитыми токсиче­скими веществами, как прямыми, так и сопутствующими продуктами промыш­ленного производства. На окисление промышленных выбросов расходуется ки­слород биосферы, при этом затрудняются и нарушаются процессы естественного самоочищения гидросферы и литосферы.

Четвертый период взаимодействия человека с природой – период социаль­ных революций. Концентрация производства, организация крупных промышлен­ных объединений, охватывающих своим влиянием многие районы мира, приводят к расширению сферы их воздействия на окружающую среду, которая приобретает глобальный характер. Возникает ситуация, когда стремительное изменение при­роды вследствие загрязнения поверхностных вод и воздушного бассейна стано­вится препятствием для дальнейшего развития производства, создается реальная опасность истощения не только невозобновляемых, но и возобновляемых природ­ных ресурсов.

Этот период ознаменован освоением минерально-сырьевых ресурсов, раз­витием горного дела, металлургии и добычей угля, потеснившего такой энергети­ческий источник как дерево.

Количество энергии, получаемое за счет ископаемого топлива (нефть, газ, уголь), возрастает. Из недр Земли во все возрастающем количестве извлекаются различные полезные ископаемые. Человек становится решающей геологической силой в преобразовании биосферы. Высокого уровня достигает наука, ее дости­жения используются в разных областях человеческой деятельности, в том числе и в деле преобразования природы.

Бурное развитие горнодобывающей и перерабатывающей промышленности привело к нарушению геохимического баланса биосферы. Только за Х1Х в. было извлечено из недр Земли свыше 54 тыс. т. цветных и благородных металлов, а угля за вторую его половину – 15 млрд. т. Переработка общего объема горной массы около 5 млрд. т., что позволило заметить, что роль человека гораздо значи­тельнее обычных природных явлений переноса вещества, например деятельности рек, морей, ледников.

Именно в этот период становления и развития капитализма взаимоотноше­ния человека с природой осмысливаются как определенная социальная или фило­софская альтернатива: «Человек над Природой или Человек в Природе». С таким багажом мир вошел в ХХ век.

Рассмотрим основные направления воздействия человека на природу в на­стоящий – пятый период.

Гигантскими темпами возросла добыча нефти и газа, которые становятся основными источниками энергетического и химического сырья, транспортировка и переработка которых способствует усилению загрязнения природной среды и особенно океана.

Интенсивность горных разработок приводит к техногенному преобразованию ландшафтов. Перераспределение горной массы на поверхности Земли, например, в связи со строительством городов и водохранилищ, наряду с извлечением из недр нефти, газа и подземных вод, способствует развитию в земной коре гравитационных напряжений, которые иногда разрешаются медленным, но непрерывным оседанием почв или быстрыми, взрывными проявлениями – землетрясениями.

Создание обширных водохранилищ привело к изменению уровня грунтовых вод и водно-солевого баланса окружающих территорий.

Таким образом, не только усилилась интенсивность геологического воздействия, но оно стало качественно иным. Другим стало и геохимическое воздействие человека на природу, определяющееся тремя обстоятельствами:

– синтезом множества (свыше 1 млн.) веществ отсутствующих в естественных условиях и обладающих качествами не свойственными природным соединениям;

– строительством широкой сети коммуникаций – газо- и нефтепроводов, шоссейных и железных дорог, линий электропередачи и связи, что наряду со специализацией производства привело к массовой транспортировке разнообразного сырья из районов добычи в районы переработки, к перераспределению и рассеиванию загрязнений. Рассеиванию загрязняющих веществ во многом способствует и задымление атмосферы выбросами тепловых электростанций, металлургических, химических, нефтеперегонных заводов и др;

– интенсификацией сельскохозяйственной продукции, потребовавшей массового применения удобрений, гербицидов и пестицидов, отрицательное побочное воздействие которых на окружающую среду выявилось лишь спустя длительное время после начала их повсеместного применения.

Развитие производственных сил общества в ХХ-ХХ1 в.в. потребовало многократно повысить выработку всех видов энергии, прежде всего электрической. Создание мощных ТЭС способствовало возникновению совершенно нового – теплового загрязнения гидросферы и атмосферы. В свою очередь формирование теплового стока привело к нарушению миграционных путей и снижению поголовья ценных рыб, зарастанию водохранилищ, цветению в них воды и изменению окислительно-восстановительных процессов.

Создание различного ряда радиотехнических устройств, развитие транспорта, в частности авиационного и железнодорожного, привело к повышению общего уровня шума, нередко превышающего допустимые для человека, флоры и фауны нормы.

 

Рост преступности

Обветшание жилых зданий в центральных районах

Нехватка зеленых массивов

Разобщенность людей

Закрытие промышленных предприятий

Поселение эмигрантов

Потери пахотных земель

Транспортные проблемы

Проблемы снабжения продовольствием, водой, энергией

Вредные выбросы

Перенаселенность районов

Вредные выбросы

Чрезмерная посещаемость лесных районов

Свалки

Психологические стрессы

Шум транспорта

Высокая стоимость обслуживания

Рисунок 1 - Модель возможных негативных экологических и

социальных последствий урбанизации

Рассмотрим интенсивность использования человеком химических элементов на различных этапах исторического развития.

В 1915 г. В. И. Вернадский подсчитал, что в античную эпоху использовалось только 19 элементов, в XVIII в. – 28, в XIX – 50, а в начале XX в. – 60. Теперь используются все 89 элементов известных в земной коре. Началось также искусственное получение и частичное использование отсутствующих элементов – Pu, Np, Cf и др. Характерна общая тенденция этого процесса: в начале использовались преимущественно природные вещества – минералы, в том числе самородные элементы (S, Au и др.). Позднее начался синтез новых соединений элементов, а также получение их в чистом виде (металлургия Fe, Pb, Zn и др.). И в настоящее время – использование изотопов.

По Л.В.Тауссону, за 1901-1980 годы в мире добыто 71% Au , 87% Cu, 86% Fe, 90% нефти и бокситов и 100% U от добытого за весь исторический период. Особенно выросла их добыча за 1961-1980 года/1/.

Ориентировочные расчеты показывают, что «вес» готовой продукции составляет лишь 1% от веса вещества, поступающего на вход народного хозяйства.

Расход энергии на одного человека (в ккал/сут) в каменном веке был около 4 тыс., в аграрном обществе – 12 тыс., в индустриальную эпоху – 70 тыс., а в передовых развитых странах – 230-250 тыс., т. е. в 58-62 раза больше, чем у наших далеких предков /2/.

 С 50-х годов ХХ в. обеспокоенность общества состоянием окружающей среды и исчерпаемостью природных ресурсов привела к широкому распространению противоположных взглядов, наиболее ярко выраженных в работах Римского клуба. В одной из работ 70-х годов прошлого столетия были сделаны выводы о том, что если не изменить наблюдаемые темпы исчерпания и деградации природных ресурсов, не остановить рост загрязнения окружающей среды, наконец, если не снизить объем материального потребления человечеством, то уже через 100 лет пределы устойчивости биосферы будут превышены, что в свою очередь приведет к резкому снижению численности населения планеты, падению производства со всеми вытекающими отсюда печальными социальными последствиями. Этот вывод был подхвачен и стал знаменем «зеленого» движения, которое в своих экстремальных проявлениях призвало полностью остановить рост материального производства, отказаться от синтетических материалов, применения удобрений и, тем более, пестицидов в сельском хозяйстве и т. д.

Десятилетия «преобразования природы» привели ее в конце ХХ в. к глобальному экологическому кризису. Человечество столкнулось с этой сложной проблемой, имеющей множество аспектов. Способна ли сегодня природа к самоочищению? Каковы климатические последствия парникового эффекта? Существуют ли перспективы у альтернативных стратегий производства и потребления энергии? Можно ли, наконец, избежать экологической катастрофы?

Если бы к сегодняшнему дню весь мир достиг бы американского уровня развития, примерно повторив модель экономической системы, существующей в США, то человечество производило бы в год /2/:

– 20 трлн. киловатт-часов электроэнергии;

– 15 млрд. тонн угля;

– 140 млн. автомобилей;

– 1 млрд. тонн бумаги и картона;

– 13 млрд. тонн нефти.

Перечень можно было бы продолжать, и все цифры в три-десять раз превысили бы нынешние уровни мирового производства или потребления. Подобные показатели производства означали бы такое загрязнение земли, океанов, атмосферы, такое истощение ресурсов всех видов, «парниковый эффект» такого масштаба, что экологическая система планеты, подвергшись глобальной индустриальной агрессии, возможно, вообще бы не выдержала и была разрушена, поставив под угрозу сохранение человеческого рода.

Сегодня пятая часть человечества, живущая в индустриальном мире, уже поглощает основной экологический капитал планеты и своим уровнем благосостояния обязана нищете остальных четырех пятых человечества.

В результате сложившейся системы хозяйствования человечество сталкивается со все больше обостряющимся противоречием между своими растущими потребностями и неспособностью биосферы обеспечить их, не разрушая самой биосферы.

1.1 Биосфера. Современные концепции биосферы

Биосфера – это своеобразная оболочка Земли, содержащая всю совокупность живых организмов и ту часть вещества планеты, которая находится в непрерывном обмене с этими организмами.

Термин «биосфера» предложен австралийским геологом Э. Зюссом в 1875 г. для обозначения оболочки Земли, образованной совокупностью живых организмов, что укладывается в биологическую концепцию биосферы.

Биосфера является глобальной экосистемой, она расчленяется на геобиосферу, гидробиосферу и аэробиосферу.

В основе эволюции биосферы лежит зарождение и развитие жизни на планете.

С появлением человеческого общества в развитии биосферы начался переход от биогенеза, обуславливаемого факторами биологической эволюции, к ноогенезу – развитию и преобразованию биосферы под влиянием человеческой деятельности.

Эволюция органического мира прошла несколько этапов. Первый из них – возникновение первичной биосферы с биотическим круговоротом, второй – усложнение структуры биотического компонента биосферы в результате появления многоклеточных организмов. Эти два этапа, осуществляющиеся в соответствии с чисто биологическими закономерностями жизнедеятельности и развития, могут быть объединены в период биогенеза.

Третий этап связан с появлением человеческого общества. Разумная по своим измерениям деятельность людей в масштабе биосферы способствует превращению последней в ноосферу. На этом этапе эволюция происходит под определяющим воздействием человеческого сознания людей, что переводит биосферу на новый этап эволюции – период ноогенеза.

Представление о широком влиянии жизни на природные процессы было сформулировано В. В. Докучаевым, который показал зависимость процесса почвообразования не только от климата, но и от совокупного влияния растительных и животных организмов.

В. И. Вернадский (1926) разработал учение о биосфере как глобальной системе нашей планеты, в котором описал основной ход геохимических и энергетических процессов живым веществом. Он распространил понятие биосферы не только на сами организмы, но и на среду их обитания. Это придало концепции биосферы биогеохимический смысл. До этого все явления, меняющие в масштабе геологического времени облик Земли, рассматривались как чисто физические, химические или физико-химические процессы (размыв, растворение, осаждение, выветривание пород и так далее). В. И. Вернадский создал учение о геологической роли живых организмов и показал, что деятельность последних является важнейшим фактором преобразования минеральных оболочек Земли.

В соответствии с системным принципом организации биосферы, а также с тем, что в основе ее функционирования лежат круговороты вещества и энергии, современной наукой сформулированы биохимическая, термодинамическая, биогеоценотическая, кибернетическая концепции биосферы.

Согласно В. И. Вернадскому, биосфера – это такая оболочка, в которой су­ществует или существовала в прошлом жизнь и которая подвергалась и подверга­ется воздействию живых организмов.

Эта оболочка включает в себя:

– живое вещество, образованное совокупностью организмов;

– биогенное вещество, которое создается и перерабатывается в процессе жизнедеятельности организмов (газы атмосферы, каменный уголь, нефть, сланцы, известняки и др.);

– косное вещество, которое образуется без участия живых организмов (про­дукты тектонической деятельности, метеориты);

– биокосное вещество, представляющее собой совместный результат жиз­недеятельности организмов и абиогенных процессов (почвы).

Пределы биосферы обусловлены прежде всего полем существования жизни (В. И.Вернадский, 1926). Всю совокупность организмов на планете Вернадский назвал живым веществом и рассматривал в качестве его основных характеристик суммарную массу, химический состав и энергию.

Косное вещество, по Вернадскому, – совокупность тех веществ в биосфере, в образовании которых живые организмы не участвуют.

Биогенное вещество создается и перерабатывается жизнью, совокупно­стями живых организмов. Это источник чрезвычайно мощной потенциальной энергии (каменный уголь, битумы, известняки, нефть). После образования био­генного вещества живые организмы в нем малодеятельны.

Особой категорией является биокосное вещество. В. И. Вернадский писал, что оно «создается в биосфере одновременно живыми организмами и косными процессами, представляя системы динамического равновесия тех и других». Ор­ганизмы в биокосном веществе играют ведущую роль. Биокосное вещество пла­неты, таким образом, – это почва, кора выветривания, все природные воды, свой­ства которых зависит от деятельности на Земле живого вещества. Следовательно, биосфера – это та область Земли, которая охвачена влиянием живого вещества.

По новейшим данным «поле существования жизни», особенно активной, ограничено в вертикальном пределе высотой около 6 км над уровнем моря, до ко­торой сохраняются положительные температуры в атмосфере и могут жить хло­рофиллоносные растения (6,2 км в Гималаях). Выше обитают лишь жуки, ного­хвостки и некоторые клещи, питающиеся зернами растительной пыльцы, спорами растений, микроорганизмами и другими органическими частицами, заносимыми ветром и т. д. Еще выше живые организмы попадаются лишь случайно (микроор­ганизмы могут сохранять жизнь в виде спор).

Нижний предел существования активной жизни традиционно ограничивают дном океана и изотермой 100 ⁰С в литосфере, расположенными соответственно на отметках около 11 км и по данным сверхглубокого бурения на Кольском полуост­рове около 6 км. Фактически жизнь в литосфере распространена до глубины 3-4 км.

В таблице 1 представлены основные компоненты геосферы Земли /3/.

Таблица 1 – Основные компоненты геосферы Земли

Показатели	Атмосфера	Гидросфера	Литосфера	Мантия	Ядро Земли
Глубина (толщина), км	1000-1300 (до 2000)	Средняя для океана – 3,8 Максимум 11,022 (по другим данным 11,034)	Средняя – около 17, континенты – в среднем 35 (до 70), под океа­нами – 5-7	До 2900	2900-6371
Объем, 1018 м3	1320	1,4	10,2	896,6	175,2
Плотность, г/см3	У поверх-ности Земли –10-3, на вы­соте 750 км – 10-6	0,99-1,03	2,7-3,32	3,32-5,68	9,43-17,20
Масса, 1021 г	5,15-5,9	1455,8	5 х 104	405 х 104	188 х 104
Процент от общей мас-сы Земли	Около 10-6	0,02	0,48	67,2	32,3

Теоретически пределы биосферы шире, поскольку на глубинах около 3 км обнаружены организмы при температуре до 250 ⁰С.

При давлении около 300 атмосфер вода здесь не кипит (пределы жизни ог­раничены точками превращения воды в пар и сворачивания белков). Перегретая жидкая вода обнаружена в литосфере до глубин 10,5 км. Глубже 25 км по оцен­кам должна существовать критическая температура 460 ⁰С, при которой при лю­бом давлении вода превращается в пар и жизнь принципиально невозможна.

Температурный диапазон активной жизни на Земле приведен в таблице 2

Таблица 2 – Температурный диапазон активной жизни на Земле, ⁰С

Среда жизни	Максимум	Минимум	Амплитуда
Суша	55	-70	125
Моря	35,6	-3,3	38,9
Пресные воды	93	0	93

В ходе геологического времени развитие биосферы носило необратимый характер. В первую очередь это касается живого вещества, для которого необратимость развития стала ясной после работ Ч.Дарвина (1859). Основываясь на эволюционном учении и палеонтологических данных, знаменитый бельгийский палеонтолог Л. Долло (1857 – 1931) сформулировал закон необратимости эволюции: «Организм не может вернуться хотя бы частично к предшествующему состоянию, которое было осуществлено в ряде его предков».

Исследования показывают, что в сложной иерархической организации жи­вой природы заложены огромные резервы саморегуляции. Для вскрытия этих ре­зервов необходимо грамотное вмешательство в процессы, протекающие в био­сфере. Понимание глубинных процессов воздействия на природу, прогнозирова­ние «обратных связей», планирование и установление оптимальной нагрузки на окружающую среду со стороны хозяйственной деятельности, соблюдение прин­ципа сохранения окружающей среды укладываются в концепцию экологического реализма.

Научное и практическое значение деятельности В. И. Вернадского как осно­вателя учения о биосфере состоит в том, что он впервые во всеоружие знаний своего времени глубоко обосновал единство человека и биосферы. Сама живая материя как носитель разума, отмечал В. И. Вернадский, составляет небольшую часть биосферы по массе. Появление человека на Земле предопределило неизбеж­ность возникновения нового состояния биосферы – переход ее в ноосферу, обо­лочку разума, охваченную целенаправленной деятельностью самого человека.

В. И. Вернадский, оценивая роль человеческого разума и научной мысли, де­лает следующие выводы:

)             ход научного творчества является той силой, которой человек меняет био­сферу, в которой он живет;

)             проявление изменения биосферы есть неизбежное явление, сопутствую­щее росту научной мысли;

)             изменение биосферы происходит независимо от человеческой воли, сти­хийно как природный естественный процесс;

)             так как среда жизни есть организованная оболочка планеты – биосфера, то вхождение в нее в ходе ее геологически длительного существования нового фактора ее изменения – научной работы человечества – есть природный процесс перехода биосферы в новую фазу, в новое состояние – ноосферу.

В переживаемый нами исторический момент мы видим это более ясно, чем могли видеть раньше. Здесь вскрываются перед нами «законы природы». Новые науки – геохимия и биохимия – дают возможность впервые выразить некоторые важные черты процесса математически.

Выводы о том, что биосфера неизбежно превратится в ноосферу, т. е. сферу, где разум человека будет играть доминирующую роль в развитии системы «чело­век-природа», получили название закона ноосферы В. И. Вернадского.

В настоящее время ноосфера в своих главных проявлениях характеризуется ниже­следующими признаками:

)            возрастающим количеством механически извлекаемого материала лито­сферы – ростом разработки месторождений полезных ископаемых. Уже в 90-х го­дах оно превышало 100 млрд. тонн в год, что в 4 раза больше массы мате­риала, вы­носимого речным стоком в океан;

)            массовым потреблением продукции фотосинтеза прошлых геологиче­ских эпох главным образом в энергетических целях. Химическое равновесие в био­сфере в связи с этим смещается в сторону, противоположную глобальному про­цессу фотосинтеза, что неизбежно ведет к росту содержания углекислого газа в биосфере и уменьшению содержания свободного кислорода;

)            процессы в ноосфере приводят к рассеиванию энергии Земли, а не к накоп­лению, что являлось характерным для биосферы до появления человека. Возни­кает важная энергетическая проблема;

)            в ноосфере создаются в массовом количестве вещества, которые ранее в биосфере отсутствовали. Происходит металлизация биосферы;

)            характерно для ноосферы появление новых трансурановых химических элементов в связи с развитием ядерной технологии и ядерной энергетики. Овла­дение ядерной энергией происходит за счет деления тяжелых ядер. Предвидится в недалеком будущем получение термоядерной энергии за счет синтеза легких ядер, что позволит полностью отказаться от горючих полезных ископаемых в ка­честве источников энергии;

)            ноосфера выходит за пределы биосферы в связи с огромным прогрессом научно-технической революции. Возникла космонавтика, которая обеспечивает выход человека за пределы планеты Земля. Происходит освоение космического, околокосмического пространства с непредвиденными возможностями. Создается принципиальная возможность создания искусственных биосфер на других плане­тах;

)            с образованием ноосферы планета Земля переходит в новое качествен­ное состояние. Если биосфера – это сфера Земли, то ноосфера – это сфера Сол­нечной системы. Ноосфера в будущем станет областью Солнечной системы в по­знава­тельных и производственных целях человеческого общества.

Уже сегодня человечество столкнулось со все больше обостряющимся про­тиворечием между своими растущими потребностями и неспособностью био­сферы обеспечить их, не разрушая самой биосферы. Возникла идея разрешить это противоречие путем перехода к такому цивилизованному развитию, которое, не разрушая своей природной основы, гарантирует человечеству возможность вы­живания и дальнейшего устойчивого развития. Новая стратегия развития цивили­зации уже определила позицию мирового сообщества – объединить свои усилия в поисках путей к устойчивому развитию планеты.

Практически до середины ХХ века в обществе господствовало мировоззре­ние, согласно которому, человек есть центр мироздания, а его главным инстру­ментом освоения природы являются технологии, образно описать которые можно широко известными лозунгами: «Нам незачем ждать милостей от природы, взять их – наша задача». Тем не менее уже с середины ХIХ века стали раздаваться дис­сони­рующие голоса тех, кто уже тогда был обеспокоен еще неявным противоре­чием между ростом населения Земли и потребностей человека, с одной стороны, и ог­раниченностью ресурсов, с другой. Наиболее известна точка зрения Мальтуса, но были и другие.

С 50-х годов ХХ в. обеспокоенность общества состоянием окружающей среды и исчерпаемостью природных ресурсов привела к широкому распростра­нению противоположных взглядов, наиболее ярко выраженных в работах Рим­ского клуба. В одной из работ 70-х годов прошлого столетия были сделаны вы­воды о том, что если не изменить наблюдаемые темпы исчерпания и деградации природных ресурсов, не остановить рост загрязнения окружающей среды, нако­нец, если не снизить объем материального потребления человечеством, то уже че­рез 100 лет пределы устойчивости биосферы будут превышены, что в свою оче­редь приведет к резкому снижению численности населения планеты, падению производства со всеми вытекающими отсюда печальными социальными послед­ствиями. Этот вывод был подхвачен и стал знаменем «зеленого» движения, кото­рое в своих экстремальных проявлениях призвало полностью остановить рост ма­териального производства, отказаться от синтетических материалов, применения удобрений и, тем более, пестицидов в сельском хозяйстве и т. д.

 Вместе с тем стало очевидно, что попытки затормозить технический про­гресс, отказаться от материальных благ в угоду «экологическому императиву» терпят явную неудачу, а то и просто несостоятельны. Стало понятным, что необ­ходимо найти способ применить экономические интересы общества с необходи­мостью сохранения природы. Признание этого породило всплеск исследований в сфере экологической экономики, привело к выделению экологического права в самостоятельную отрасль юриспруденции и, наконец, к формированию концепции устойчивого развития.

Впервые концепция устойчивого развития была сформулирована в виде бо­лее или менее определенной концепции лишь в 1987 г. в докладе «Наше общее будущее», подготовленном Международной комиссией по окружающей среде и развитию. Устойчивое развитие было определено как «развитие, отвечающее по­требностям настоящего, но не лишающее будущее поколение возможности удов­летворять их потребности». Спустя три года было внесено важное уточнение: «Требование к устойчивому прогрессу – сохранять природные ресурсы и системы достаточно ненарушенными, чтобы они позволяли получение дальнейших эконо­мических выгод в обозримом будущем».

Конференция на высшем уровне по проблемам планеты Земля в Рио-де-Жа­нейро в 1992 г. наполнила эту концепцию более конкретным содержанием: были сформулированы приоритеты направлений действия, обозначены необходимые ориентиры и даже разработан план действий по достижению устойчивого разви­тия, который получил название «Повестка дня на XXI век».

Казахстанский ученый Тонкопий М. С. предлагает разработать программу перехода на модель устойчивого развития применительно к Казахстану на сле­дующих основных принципах:

)            устойчивое развитие должно быть самоподдерживающимся, то есть должно исключать подрыв собственной ресурсной базы, лишать самого себя ос­нов существования в ближайшем или отдаленном будущем. Этот принцип озна­чает и то, что меры по обеспечению устойчивого развития должны быть выгодны субъектам экономики, должна быть обеспечена их заинтересованность в таких действиях: устойчивое развитие требует целенаправленной и продуманной инве­стиционной политики;

)            экологизация экономики, производства. Для Казахстана это означает смену приоритетов в развитии экономики страны. Приоритет должен быть отдан развитию природо- и ресурсосберегающих отраслей хозяйства и развитию «эко­логически чистых» технологий, насколько это возможно при современном уровне развития знания. Лучше производить меньше, но зато продукция будет более вы­сокого качества, более соответствующая потребностям общества и получена с меньшим ущербом окружающей среде;

)            диверсификация природопользования. Однобокая ориентация на разви­тие преимущественно добывающей промышленности негативно сказывается как на состояние природной среды, так и на здоровье населения, а также снижает ус­тойчивость экономики;

)            обязательная утилизация отходов и реставрация нарушенных экосистем – основа экологической безопасности любого производства;

)            в развитии и совершенствовании социальной системы в целом приори­тет должен быть отдан гуманитарным аспектам, включая образование, медицину, культуру, науку. Именно они определяют в конечном счете физическое, нравст­венное и духовное здоровье общества и формируют качество жизни;

)            несомненно, должно быть обеспечено право каждого человека, социаль­ной или этнической группы на развитие того жизненного уклада, той культурной традиции, которые им желанны;

)            наконец, устойчивое развитие общества невозможно без психологиче­ского комфорта его членов, без их гармонии с миром и собой. Многие из стоящих задач не могут быть решены только лишь экономическими, законодательными, административными мерами, без воли людей, основанной на их нравственном чувстве, осознании потребностей устойчивого развития. Человек по своей при­роде не может жить без идеологии, именно она структурирует общество, объеди­няет его. Поэтому необходимо формирование и утверждение новой идеологии ус­тойчивого социально-экономического, экологического, непотребительского раз­вития общества.

Таким образом, хаотическое саморазвитие, основанное на процессах естест­венной саморегуляции, должно быть заменено разумной стратегией, базирую­щейся на прогнозно-плановых началах, регулировании процессов естественного развития. Это управление, несомненно, должно быть «мягким» и следовать только законам природы и развития общества.

1.2 Основные экологические законы, регулирующие взаимоотношения в системе «общество – природа»

По мере роста населения и интенсивности его хозяйственной деятельности происходит и возрастание антропогенной нагрузки на природную среду. Сегодня остро стоит вопрос о пределах противостояния природной среды этим нагрузкам и способах формирования отношений между обществом и природой, позволяю­щих не преступать этот предел в ходе хозяйственной деятельности. Главным ус­ловием в этом направлении является постижение и соблюдение основных эколо­гических законов.

Б. Коммонер (1974) выдвинул ряд положений, которые сегодня называют законами экологии.

Первый закон «Все связано со всем» отражает существование сложнейшей сети взаимодействий в экосфере. Он предостерегает человека от необдуманного воздействия на отдельные части экосистем. Что может привести к непредвиден­ным.

Второй закон «Все должно куда-то деваться» вытекает из фундаменталь­ного закона сохранения материи. Он позволяет по-новому рассматривать про­блему отходов материального производства. Огромные количества вещества из­влечены из Земли, преобразованы в новые соединения и рассеяны в окружающей среде без учета того факта, что «все куда-то девается». И как результат – большие количес-тва веществ зачастую накапливаются там, где по природе их не должно быть.

Третий закон «Природа знает лучше» исходит из того, что «структура орга­низма нынешних живых существ или организмов современной природной экоси­стемы – наилучшие в том смысле, что они были тщательно отобраны из неудач­ных вариантов и что любой новый вариант, скорее всего, будет хуже существую­щего ныне». Этот закон призывает к тщательному изучению естественных био- и экосистем, сознательному отношению к преобразующей деятельности. Без точ­ного знания последствий преобразований природы недопустимы никакие ее «улучшения».

Четвертый закон «Ничто не дается даром» как бы объединяет предшест­вую-щие три закона, потому что биосфера как глобальная экосистема представ­ляет собой единое целое, в рамках которой ничего не может быть выиграно или потеряно и которая не может являться объектом всеобщего улучшения; все, что было извлечено из нее человеческим трудом, должно быть возмещено. Платежа по этому векселю нельзя избежать; он может быть только отсрочен.

В законах Б. Коммонера обращается внимание на всеобщую связь процес­сов и явлений в природе: любая природная система может развиваться только за счет использования материально-энергетических и информационных возможно­стей окружающей ее среды. Пока мы не имеем абсолютно достоверной информа­ции о механизмах и функциях природы, мы, подобно человеку, не знакомому с устройством часов, но желающему их починить, легко вредим природным систе­мам, пытаясь их улучшить. Иллюстрацией здесь может служить то, что один лишь математический расчет параметров биосферы требует безмерно большего времени, чем весь период существования нашей планеты как твердого тела. Кроме законов Коммонера, выведен еще ряд экологических законов:

– закон внутреннего динамического равновесия;

– закон толерантности;

– закон максимизации энергии;

– закон минимума;

– закон обеднения разнородного вещества в основных его сгущениях;

– закон ограниченности природных ресурсов, правило одного процента;

– закон пирамиды энергий, правило десяти процентов;

– правило обязательности заполнения экологических ниш;

– правило «мягкого» управления природой.

2 Охрана воздушного бассейна

Воздушный бассейн или атмосфера, наряду с гидросферой и литосферой, является составной частью биосферы, в пределах которой существует жизнь на Земле.

Масса атмосферы незначительна – всего лишь одна миллионная доля массы нашей планеты. Однако ее роль в природных процессах биосферы велика. Наличие атмосферы определяет общий тепловой режим поверхности Земли, защищает его от вредного космического и ультрафиалетового излучения. Циркуляция атмосферного воздуха оказывает влияние на местные климатические условия, а через них на режим рек, почвенно-растительный покров и процессы рельефообразования.

Атмосферный воздух представляет собой механическую смесь 13 газов, в том числе кислорода – 20,95 %, азота – 78,08%, углекислого газа – 0,032% и ряда инертных газов (аргон, неон, гелий, криптон и др.). Кроме них, в атмосфере постоянно присутствуют водяной пар, пыль и микроорганизмы, создающие естественное загрязнение воздушной среды. Организм человека на протяжении всей истории существования потреблял именно такой состав воздуха, вдыхая за сутки 17 м³ общим весом 22 кг. Без воздуха человек может жить не более 5 минут.

Наибольшее значение для различных экосистем имеют три газа, входящих в состав воздуха: кислород, углекислый газ и азот. Эти газы участвуют в основных биогеохимических циклах.

Загрязнение воздушного бассейна – это поступление нехарактерных для него примесей, которые изменяют его свойства и отрицательно влияют на здоровье людей.

Международная экспертная группа при ООН поставила диоксид серы первым в списке самых опасных загрязнителей воздушной среды. Затем следуют взвешенные твердые частицы (пыль), оксид и диоксид углерода, окислы азота. Есть в этом списке и различные металлы (ртуть, калий, свинец и т. д.) и органические вещества (производные нефти, фреоны и др.) /4/.

По результатам исследований ежегодно в мире в атмосферу поступает 25,5 млрд. тонн оксидов углерода, 190 млн. тонн оксидов серы, 65 млн. тонн оксидов азота, 1,4 млн. тонн хлорфторуглеродов (фреонов), органические соединения свинца, углеводороды, в том числе канцерогенные.

К основным антропогенным источникам загрязнения воздушного бассейна относятся промышленность, транспорт и бытовые котельные. Вклад каждого из этих источников в общее загрязнение атмосферы сильно различается в зависимости от места расположения. Сейчас общепризнано, что весьма сильно загрязняет воздух промышленное производство. Так, металлургические предприятия, особенно цветная металлургия, выбрасывают в воздух сернистый и углекислый газ. Тепловая электростанция мощностью всего в один млн. кВт, считающаяся средней, расходуя до 10 тыс. тонн угля (200 вагонов) в сутки, выделяет в атмосферу, кроме большого количества диоксида серы (400 тонн), оксидов азота и углерода (60 тонн), более 1000 тонн шлака и золы, включая пыль.

Атмосферные загрязнители разделяют на первичные, поступающие непосредственно в воздушный бассейн, и вторичные, являющиеся результатом превращения последних. Например, поступающий в атмосферу сернистый газ окисляется до серного ангидрида, который, взаимодействуя с парами воды, образует капельки серной кислоты.

Подобным образом при химических, фотохимических, физико-химических реакциях между загрязняющими веществами и компонентами атмосферы получаются другие вторичные признаки.

В настоящее время заслуживают особого внимания экологические проблемы городов в связи с чрезмерной концентрацией на сравнительно небольших территориях населения, транспорта и промышленных предприятий, с образованием антропогенных ландшафтов. При малой подвижности воздуха тепловые аномалии над городом охватывают слои атмосферы в 250-400 м, а контрасты температуры в среднем могут достигать 5-6⁰С.

В Казахстане к самым крупным загрязнителям воздушного бассейна относятся предприятия теплоэнергетики, выбрасывающие около миллиона тонн вредных веществ в год. При этом главным фактором повышения загрязненности атмосферы является увеличение в выбросах токсических веществ из-за использования непроектного твердого топлива с повышенной зольностью (до 48%). Кроме того, существенными источниками загрязнения воздуха токсичной пылью являются отвалы, шлаконакопители промышленных и энергетических предприятий.

Определенное количество загрязняющих веществ поступает на территорию Казахстана из соседних государств, в основном из России. Например, максимальный вклад в загрязнение воздуха Казахстана химическими соединениями серы после собственных источников вносят Россия (8%), Узбекистан (10%). В свою очередь наша республика осуществляет трансграничное загрязнение территорий соседних государств. Наибольшее количество соединений серы и азота, источники которых находятся на территории Казахстана, переносится в Кыргызстан, Россию, Узбекистан, а также на акваторию Каспийского моря.

Из числа наиболее крупных предприятий, действующих на территории Казахстана, Балхашский горно-металлургический комбинат (БГМК), который является основным загрязнителем атмосферы и выбросы которого составляют пятую часть (около 20%) от всех загрязнений в республике. На втором месте АООТ “Испат-Кармет” – почти 15%.

Если посмотреть на данную ситуацию в разрезе отраслей промышленности, то следует отметить, что основными загрязнителями атмосферного воздуха являются предприятия черной и цветной металлургии, теплоэнергетика и нефтегазовая отрасль. В местах расположения основных загрязнителей экологическая ситуация всегда напряженная. В этой связи со стороны государства должен быть постоянный и надлежащий контроль, основанный на современных измерительных приборах.

Наблюдения за состоянием загрязнения атмосферного воздуха проводятся в 19 городах республики (Актау, Актобе, Алматы, Атырау, Балхаш, Астана, Жезказган, Костанай, Рудный, Караганда, Павлодар, Петропавловск, Семипалатинск, Тараз, Темиртау, Уральск, Усть-Каменогорск, Шымкент, Екибастуз). Наибольший уровень загрязнения атмосферного воздуха отмечен в городах Усть-Каменогорске (ИЗА-17,8), Лениногорске, Шымкенте, Актобе (ИЗА-10,0) из-за выбросов предпрятий цветной и черной металлургии и Алматы (ИЗА-9,9) – городе с неблагоприятными для рассеивания примесей климатическими условиями.

ИЗА – индекс загрязнения атмосферы по каждому городу – рассчитывается по 5 ингредиентам с максимальным удельным весом.

Индекс загрязнения атмосферного воздуха в г. Астане составляет 2,7. Среднесуточные концентрации большинства загрязняющих веществ не превышают ПДК. Концентрация фтористого водорода составляет 1,4 ПДК. Это объясняется проведением сварочных работ при строительстве объектов в г. Астане. Основными загрязнителями атмосферного воздуха являются АТЭЦ-2 и АТЭЦ-1. Объем выбросов загрязняющих веществ от индивидуальных источников теплоснабжения составляет на сегодняшний день около 1000тонн.

 Немалую роль в загрязнении воздушного бассейна города играет автотранспорт. Превышение максимальных загрязняющих веществ отмечается на перекрестках и центральных магистралях города в летний период, максимальная разовая концентрация превышает предельно допустимую норму по диоксиду азота в 1,25 раза, по пыли – до 4 ПДК и по окиси углерода – в 1,6 раза.

В соответствии с законодательно-нормативными требованиями для защиты воздушного бассейна городов осуществляются меры конструктивно-технологического, планировочного и санитарно-технического характера.

Меры конструктивно-технологического характера включают разработку и применение технологий, обеспечивающих максимальное использование сырья, промежуточных продуктов и отходов производства по принципу безотходной или малоотходной технологии. Так, на Иртышском полиметаллическом комбинате был пущен в эксплуатацию агрегат КИВЦЭТ для получения цветных металлов на основе кислородно-взвешенной циклонно-электротермической плавки. Цель процесса – объединить в одном агрегате все операции, начиная от подготовки руды и кончая выходом готового металла. В качестве топлива используется сера, которая раньше выбрасывалась в атмосферу.

Главные компоненты нового процесса – кислород и электричество. Соответственно и сам агрегат состоит их двух зон. В первой идет подготовка руды и плавка; топливом вместо кокса служит сера, содержащаяся в самой руде. Она полностью сгорает в кислороде, выделяя большое количество теплоты. Расплав поступает во вторую зону и течет между электродами, распадаясь на составные части. Некоторые металлы (например цинк) испаряются и конденсируются в чистом, другие выпускают сразу в ковш. КИВЦЭТ позволяет извлекать из руды буквально все, что в ней есть.

КИВЦЭТ запатентован в 18 странах, в том числе в США, ФРГ, Франции. Металлургов привлекают в нем не только простота в обращении и обслуживании, возможность автоматизировать сложный и трудоемкий процесс выплавки метал-ла, отсутствие вредных выбросов, но и (в первую очередь) его неприхотливость: он способен перерабатывать сырье, которое раньше считалось бросовым – с содержанием металла в 6-7 раз ниже нормы. Более того, и отходов металла в шлаке у него гораздо меньше, чем при обычном процессе.

Большие промышленные выбросы в атмосферный воздух – это точный индикатор несовершенства технологии. Самое радикальное средство исключения выбросов – создание таких процессов, которые либо совершенно не дают отходов, либо работают по так называемому замкнутому циклу, при котором все образующиеся отходы полностью перерабатываются или используются на последующих стадиях производства.

Эффективность использования высокосернистых топлив, в особенности мазутов, может быть существенно повышена только при их комплексном энерготехнологическом использовании на основе предварительной газификации или пиролиза как на базе крупного их потребителя, какими являются мощные электростанции, так и на базе нефтеперерабатывающего завода, являющегося крупным потребителем тепловой электрической энергии. В обоих случаях эти предприятия трансформируются в электротехнологические комбинаты – ЭТК.

В первом случае электростанция трансформируется в комбинат многоцелевого назначения: в ней, наряду с выработкой энергии, будут производиться также различные виды химического сырья и субпродуктов (рисунок 1). Во втором случае нефтеперерабатывающий завод увеличивает производство целевой химической продукции и переходит на самообеспечение тепловой и электрической энергией, получаемой на собственных энергоустановках (парагенераторах и газовых турбинах), включенных в общую технологическую цепь комбината и соответствующую энергосистему.

Экономические показатели ЭТК на базе ТЭС мощностью 2400 МВт по сравнению с раздельным производством электроэнергии на электростанции и соответствующей продукции на нефтеперерабатывающем заводе (НПЗ) мощностью по исходному сырью (высокосернистая арланская нефть S^P=4,2%), 14,1 млн.т. в год следующие:

– жидкое топливо, тыс. тонн;	875
– эксплуатационные расходы, млн. руб/год;	15,6
– капитальные затраты, млн. руб.;	69
– суммарные приведенные затраты на конечную продукцию, млн. руб/год.	25

Удельные затраты на производство электроэнергии при этом снижаются на 25%.

Преимущество ЭТК заключается еще и в том, что одновременно появляется возможность покрытия пиков электрической нагрузки в энергосистеме, используя для этого газотурбинные установки, сжигающие при термической переработке топлива газообразные и жидкие горючие продукты /5/.

Для успешного предотвращения выделения пыли в атмосферу большое значение имеет герметизация производственного оборудования за счет использования аспирируемых укрытий. Аэродинамически совершенные и герметичные укрытия на 80-90% гарантируют невозможность проникновения  пыли за пределы работающих машин и механизмов. Схема энерготехнологического использования

ТЭС

Продукты пиролиза

Сточные воды

Энергетическое топливо

Техническая вода

Очистка сточных вод

Шлак

Производство стройматериалов

Химически ценные продукты

Получение H2SO4

Газ пиролиза Водяной газ

Улавливание SO2

Химическая технология

топлива на ТЭС представлена на рисунке 2.

Рисунок 2 – Схема энерготехнологического использования топлива на ТЭС

Конструирование эффективных укрытий, оптимально локализующих очаги пылевыделения, – одна из самых ответственных и пока не вполне разрешенных задач. При проектировании необходимо учитывать место и причины образования пыли, а также механические и физико-химические свойства образованной пыли (крупность, образивность,смачиваемость, химический состав и т. д.)

Кроме того, должны быть известны при данном пылеобразующем процессе зоны повышенного давления в укрытии, направление движения пылевого факела, воздушные потоки возле источника пылевыделения и другие факторы. Для создания рациональной конструкции аспирируемого укрытия необходимо, чтобы:

)          геометрическая форма укрытия соответствовала аэродинамике пылевоздушных потоков для конкретного очага пылеобразования;

)          укрытие имело оптимальный свободный объем. Значительный свободный объем требует отсоса большого объема пылевоздушной смеси и не обеспечивает в укрытии необходимого направленного, устойчивого движения потока, увлекаемого движущим материалом.

Оптимальный объем укрытия особенно важен при пульсации в нем воздуха за счет движения частей машин и механизмов и возникающих сжатиях воздуха. При этом скорость истечения воздуха через щели (неплотности) зависит от степени сжатия под укрытием и его первоначального объема, а теоретически может рассчитана по формуле

где  и – объем укрытия, соответственно первоначальный и уменьшенный, в ре­зультате движения машин, м³.

В действительности скорости истечения через неплотности значительно ниже расчетных, поскольку давление в укрытии никогда не достигает теоретических значений по причинам одновременности начала истечения и сжатия.

Укрытие должно быть простым по конструкции и удобным в эксплуатации и ремонте, легким, прочным и транспортабельным, а кожух должен обеспечивать свободный доступ к рабочим узлам оборудования без его демонтажа.

Изготовление кожухов рекомендуется из тонколистовой стали толщиной 1,5-2,5 мм. Для обеспечения прочности каркас укрытия следует изготовлять из угловой стали.

Для обеспечения массы укрытия и удобства в эксплуатации целесообразно применение мягких укрытий в виде штор или шатров из прорезиненной ткани, прикрепляемой или подвешиваемой к каркасам. Прорезиненный материал для мягких укрытий должен иметь толщину не менее 2-4 мм. Края штор или шатров должны быть обшиты, а по нижней кромке в обшивке пропускается стальной прут с подвешенными грузами для оттягивания полотнища.

Применение в местах пылевыделения аспирируемых укрытий не всегда позволяет полностью предотвратить вынос пыли в производственные помещения и на территорию промышленных предприятий. В этих случаях , когда позволяет технологический процесс, рекомендуется применять гидро- и парообеспыливание, под которым следует понимать увлажнение материала и подавление пылевого облака с помощью водяных капель или пароводяного тумана, а также мокрую уборку и поддержание пола во влажном состоянии.

Установлено, что для различных веществ при определенной влажности выделение пыли практически сводится к минимуму. Например, для кварцита эта влажность составляет 2%, а для шамота, асбеста и железной (медной) руды 3,5-8%. Пылевыделение при переработке угля резко сокращается при влажности свыше 6% .

Расход воды (кг/с) на увлажнение материала определяется по формуле

где W₁ и W₂ – влажность соответственно начальная и оптимальная, %;

G – производительность технологического оборудования, кг/с.

С учетом испарения расчетный расход воды увеличивают на 20-25%.

Эффективное смачивание, коагуляция и осаждение пыли достигаются тонкоструктурным диспергированием жидкости (пара) форсунками или туманообразователями.

 Скорость (м/с) жидкости в сопле форсунки рассчитывается по формуле

где q – расход жидкости, м³/с;

d – диаметр сопла, м;

ε – коэффициент заполнения сопла форсунки жидкостью (для зонтичных и конусных форсунок коэффициент соответственно равен 0,16-0,51 и 0,6-0,1).

Мерой, пограничной с конструктивно-технологическими, является строительство высоких труб для выброса взвесей и газообразных загрязнителей в атмосферу. Согласно “Указания по расчету рассеивания в атмосфере вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий СН 369-74, минимальная высота Н_min одноствольной трубы для рассеивания газовоздушных выбросов, имеющих температуру выше температуры окружающего воздуха, определяются по формуле

где А – коэффициент, зависящий от температурного градиента атмосферы и определяющий условия вертикального и горизонтального рассеивания вредностей, в зависимости от метеорологических условий для Казахстана А-200;

М – количество вредного вещества, выбрасываемого в атмосферу, г/с;

К_{F –} коэффициент, учитывающий скорость оседания взвешенных частиц выброса в атмосфере. Для газов К_F = 1, для пыли при эффективности очистки газоочистной установки более 0,9-2,5 и менее 0,75-3;

т и п – безразмерные коэффициенты, учитывающие условия выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса;

Q – объемный расход газовоздушной смеси, выбрасываемой из всех труб, м³/с;

Т – разность температур выбрасываемой газовоздушной смеси и окружающего атмосферного воздуха, средняя величина которой принимается в 13 часов самого жаркого месяца.

Следует отметить, что выброс через высокие трубы не снижает общее количество загрязнений, поступающих в воздух, он только удаляет зону максимального загрязнения и снижает концентрацию вредных веществ в приземном слое. При решении вопроса о необходимой высоте трубы требуется тщательное определение ожидаемой зоны максимального загрязнения и сопоставление полученных данных с местоположением жилой застройки города. Необходимо также иметь в виду, что к строительству высоких труб можно прибегать, когда исчерпаны технологические и санитарно-технические возможности предотвращения или уменьшения выброса.

Дымовые трубы предназначены, во первых, создавать тягу и тем самым заставлять воздух (обязательный участник процесса горения) в нужном количестве и с должной скоростью входить в топку. Во-вторых, отводить продукты горения (вредные газы и золу) в верхние слои атмосферы. Благодаря непрерывному турбулентному движению воздуха, газопылевые выбросы уносятся далеко от источника их возникновения и рассеиваются. При этом труба высотой 100 м позволяет рассеивать выбросы в окружности радиусами 20 км до безвредной для человека концентрации. Труба двухсотметровой высоты увеличивает радиус рассеивания до 75 км. Вблизи дымовой трубы создается так называемая теневая зона, в которую не попадают вредные вещества.

Санитарными нормами проектирования промышленных предприятий установлено, что предприятия, являющиеся источниками выделения вредных и неприятно пахнущих веществ в окружающую среду или источниками ионизирующих излучений, следует отделять от жилой застройки санитарно-защитными зонами.

Санитарно-защитной зоной (СЗЗ) следует считать пространство между промышленной площадкой, на границе которой должны соблюдаться концентрации, не превышающие 0,3 ПДК вредных веществ для воздуха рабочей зоны (или ДК_Б по вдыханию радионуклидов), и границей, на которой обеспечивается соблюдение ПДК вредных веществ в атмосферном воздухе населенных мест или соотвествующих ДК_Б.

 Границы санитарно-защитной зоны устанавливают:

 – от источников сосредоточенных выбросов-труб, шахт;

 – от источников рассредоточенных выбросов-аэрационных фонарей зданий, низких труб на зданиях и др.;

 – от мест загрузки и разгрузки сырья или открытых складов;

 – от мест открытого хранения жидких и твердых отходов, золоотвалов и т. п.

При установлении границ СЗЗ нужно исходить из того, что границы этих зон устанавливают при одном источнике выброса непосредственно от этого источника; при группе источников, сводящихся в одну точку (центр их группирования), – от этой точки (центра); при группировании рассредоточенных по территории предприятия источников (не сводящихся в одну точку) – от точки, от которой производится расчет суммарной концентрации вредных веществ.

Санитарно-защитная зона не может рассматриваться как резервная зона предприятия и использоваться для расширения промышленной площадки. Вместе с тем эта зона не может служить и территорией перспективного развития жилой застройки населенного пункта.

В санитарных нормах проектирования промышленных предприятий дана классификация предприятий, которые подразделены на 5 классов в зависимости от санитарно-гигиенических критериев оценки их опасности для окружающей среды. Наиболее опасен первый класс, наименее – пятый. Каждому классу предприятий соответствует своя ширина СЗЗ: для предприятий 1 класса –1000 м., 2 класса – 500 м., 3 класса – 300 м., 4 класса – 100 м., 5 класса – 50 м.

При ограниченной возможности очистки выбросов и неблагоприятных условиях взаиморасположения с жилой застройкой размер зоны может быть увеличен, но не более чем в 3 раза.

Предприятия с технологическими процессами, не выделяющими в атмосферу вредных веществ, допускается размещать в пределах жилых районов.

На рисунке 3 приводятся основные факторы, возникающие в процессе взаимодействия города и окружающей его среды.

Рисунок 3 – Взаимодействие города и природной среды

Возрастающее негативное воздействие индустриализации и урбанизации на состояние воздушного бассейна заставили архитекторов активно использовать градостроительные меры по снижению уровня загрязнения (озеленение, ландшафтно-экологическое и функционально-планировочное зонирование).

Озелененные территории города отличаются размерами, геометрической конфигурацией  (компактная, линейная, сложно расчлененная  и т. д.), соотношением природных и искусственных компонентов, ландшафтно-генетическими признаками  (тип исходной  природной ситуации), размещением по отношению  к другим функциональным зонам города (промышленный район, селитебная территория и т. д.) и другими показателями, имеющими существенное значение для оздоровления условий проживания в городах. При этом озелененные городские пространства эффективны при условии их правильной функциональной организации в виде единой системы: парков, бульваров, общественных садов, что определяет необходимость  градоэкологической  оценки озелененных территорий. В основе такой оценки лежат следующие группы критериев: функциональные, экологические, санитарно-гигиенические и эстетические.

Ландшафтно-экологическое  и  функционально - планировочное зонирование территорий.

Целенаправленное использование территорий, их рациональное распределение  для различных хозяйственных нужд в соответствии с природными особенностями  составляют сущность градостроительной деятельности, предмет управления и оптимизации производства, расселения и мест отдыха. По мере роста городов  и негативных изменений состояния окружающей среды увеличиваются антропогенные нагрузки на городские территории. В связи с этим экологический аспект при рассмотрении  проблемы рационального использования территории приобретает большое значение.

Характер градостроительного освоения  территорий можно разделить на следующие основные виды:

–        интенсивное освоение и максимально допустимое искусственное

преобразование природной среды;

–        экстенсивное освоение и относительно незначительное искусственное

преобразование  природной среды;

–        ограниченное освоение  и максимальное сохранение природной среды.

На территориях интенсивного освоения размещаются промышленные зоны, плотно застроенные селитебные районы, транспортные и инженерные коммуникации и др.

На территориях экстенсивного освоения, наряду с селитебными зонами, включаются непосредственно примыкающие к ним открытые пространства, рекреационные зоны и т. д.

Территории ограниченного освоения включают природоохранные зоны (лесопарки, заповедники и др.). Соответственно выделение территорий  в процессе урбанизации происходит в такой последовательности: охраняемые ландшафты – рекреационные зоны – зоны преимущественного развития сельского и лесного хозяйства – территории преимущественного развития урбанизации с незначительными воздействиями на природную среду – районы размещения производств с экстремальными характеристиками.

При ландшафтно-экологическом подходе, при совместном размещении отдельных функциональных зон определяющим является критерий “биосферосовместимости” или принцип поляризованного функционально-ландшафтного зонирования, при котором происходит максимальное разделение экологически несовместимых  видов использования территорий и сближение взаимодополняющих и уравновешивающих друг друга, т. е. создание биологических территориальных систем (БТС).

Целенаправленное формирование БТС позволяет обеспечить в городах  не только эффективное функционирование хозяйственных комплексов, но и экологическое равновесие – воспроизводство и нормальное развитие природной среды.

Современная практика территориального устройства городов ориентируется на разделение города на крупные планировочные зоны (в крупнейших городах население планировочных зон может составить 300-600 тыс.чел.). В рамках этих зон решаются вопросы организации использования территории, исходя из интересов развития не только города, но и населенных мест агломерации. Однако сложность состоит в значительной противоречивости ряда требований планировочного, экономического и экологического характера. Например, интересы развития хозяйственных объектов города и тяготеющих к нему населенных мест могут потребовать крупной концентрации промышленности в одной специализированной планировочной зоне, что может войти в противоречие с экологическими и санитарно-гигиеническими требованиями.

В последнее время в ряде стран наблюдается тенденция к отказу от жесткого функционального зонирования городских территорий в пользу многофункционального их использования, поэтому не следует абсолютизировать вышеназванные направления. Необходимо учитывать различные требования градостроительных объектов к территории и реальные возможности их размещения в сочетании с другими функциональными городскими системами, что дает возможность вести гибкий поиск необходимых участников с соблюдением в то же время строгих экологических ограничений /6/.

Меры санитарно-технического характера имеют целью снижение выброса в атмосферу взвешенных и газообразных загрязнителей за счет использования аппаратов пылеулавливания и газоочистки.

Современные аппараты обеспыливания воздуха (газов) можно разделить на четыре группы:

)        механические обеспыливающие устройства, в которых пыль отделяется под действием сил тяжести, инерции или центробежной силы;

)        мокрые или гидравлические аппараты, в которых твердые частицы улавливаются  жидкостью;

)        пористые фильтры, на поверхности которых оседают частицы пыли;

)        электрофильтры, в которых частицы осаждаются в неоднородном электрическом поле высокой напряженности.

Процесс очистки газов от пыли в различных аппаратах характеризуется рядом параметров, в том числе общей эффективностью очистки

где Свх и Свых – массовые концентрации примесей в газе до и после пылеуловителя (фильтра).

Если очистка ведется в системе последовательно соединенных аппаратов, то общая эффективность очистки

где, _{, ,}  – эффективность очистки 1-го , 2-го и n-го аппаратов.

В ряде случаев используется понятие фракционной эффективности очистки                                                                                    

где Свх_i и Свых_i – массовые концентрации i-й фракции загрязнителя до и после пылеуловителя.

Для оценки эффективности процесса очистки также используется коэффициент проскока К частиц через пылеуловитель

Как следует из формул (2.5) и (2.8), коэффициент проскока и эффективность очистки связаны соотношением

 Гидравлическое сопротивление пылеуловителей, величина которой определяет мощность привода устройства для подачи воздуха к пылеуловителю, находится экспериментально или рассчитывается по формуле

где Рвх и Рвых – соответственно давление воздушного потока на входе и на выходе;

 – коэффициент гидравлического сопротивления;

 и  – плотность и скорость воздуха в расчетном сечении аппарата.

Методы очистки промышленных выбросов от газообразованных примесей включают следующие физико-химические процессы: поглощение газов твердыми активными веществами (адсорбция), а также конденсацию, дожигание загрязнителей и т. д.

В химических и химико-металлургических производствах наиболее распространен метод абсорбции и хемосорбции (поглощение газов и паров твердыми или жидкими поглотителями с образованием малолетучих или малорастворимых химических соединений).

В практике очистки промышленных выбросов в атмосферу приняты следующие признаки уровней классификации: по составу улавливаемых веществ, по составу оборудования, по степени влияния на основное производство, по режиму эксплуатации (рисунок 4)  По признаку первого уровня выделяют удаление твердых частиц (механические осадители, фильтры и др.) и газообразных загрязнителей (абсорбция, адсобция, дожигание и т.д.)/7/.

Улавливаемые вещества

Состав оборудования

Привлекаемые ресурсы

Степень влияния

Режим эксплуатации

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 4 – Классификационные признаки систем очистки

По признаку второго уровня выделяют варианты конструкции оборудования очистки. Например, для абсорбции используют брызгальные скрубберы, скрубберы Вентури, мокрые электрофильтры и др. По видам привлекаемых ресурсов выделяют варианты с использованием воды (для удаления газов HCL, HF, SiF₄, NY₄), щелочных растворов (для удаления газов SO₂, CL₂, H₂S), малолетучих органических жидкостей (для удаления органических газообразных загрязнителей), твердых веществ (для удаления H₂S, S ).

По признаку третьего уровня выделяют следующие параметры: количество выбрасываемых газов в основном производстве (производительность основных объектов); концентрация загрязнителей в выбрасываемых газах; наличие твердых частиц в газовом потоке; способы транспортировки, утилизации и удаления веществ, образующихся в результате очистки; возможности использования очищенных газов в основном производстве; издержки, возникающие в основном производстве в зависимости от метода очистки.

Если реализовать процесс абсорбции в скруббере, то могут быть удалены и твердые частицы, что в целом уменьшает затраты на очистку как от газа H₂S , так и от пыли. При этом загрязнители переходят в раствор, который после определенной переработки может быть использован в качестве удобрений, что дает дополнительную прибыль.

Четвертый уровень классификации характеризуется вариантами режима эксплуатации оборудования очистки. Для процесса абсорбции, например, они определяются параметрами : скорость газового потока  ; скорость потока жидкости (2,03-2,71 кг./сек. м²); направление газового потока; направление потока жидкости; размер и тип насадки (седла, тарелки, кольца); величина гидравлического сопротивления (8,3-166 мм. вод. ст./м.).

Способы очистки газовых потоков классифицируются в зависимости от состава и значения определяющих признаков (таблица 3).

 Мероприятия по предотвращению выбросов в атмосферу можно разделить на группы:

)        усовершенствование технологических процессов;

)        применение более современных конструкций металлургических агрегатов;

)        модернизация методов пылеулавливания;

)        герметизация агрегатов и материальных потоков;

)        подавление процессов образования вредных веществ;

)        рециркуляция тепловых и материальных потоков в технологических схемах;

)        предварительная термоподготовка топлива.

В последние годы активно внедряются методы «сухой» очистки газов,

новые конструкции аппаратов по очистке от пыли и примесей.

Так, в металлургической промышленности в электроплавильных цехах устанавливают слоивые фильтры, в огнеупорном производстве – вихревые пылеуловители и в агломерационном производстве – каталитическое обезвреживание оксида углерода. Кроме того, в агломерационном производстве наиболее перспективным способом подавления выбросов является рециркуляция газов, что сокращает вынос оксида углерода на 80-90%, оксидов серы и азота на 30% при экономии топлива на 25-30%. Герметизируются места погрузки и разгрузки сыпучих материалов, повышается контроль за фракционным составом используемого на аглоленте топлива.

Замена мартеновских печей в сталеплавильном переделе уменьшает выбросы оксида азота в атмосферу. В конвертерном производстве сокращается пылевыделение за счет выбора оптимальных конфигураций и угла наклона фурмах, перехода от верхнего на данное, дутье кислорода в электросталеплавильном производстве позволяет сократить вынос пыли и отходящих газов на 40%.

Что касается угля, основного источника загрязнения атмосферы различными соединениями, то специалистами разрабатываются эффективные меры, суть которых сводится к использованию угля главным образом на месте его добычи. Это и понятно, ведь сокращаются дорогостоящие перевозки и локализируются источники выбросов вредных веществ. Здесь выигрыш немалый, если учесть, что, например, Екибастузские угли, огромные запасы которых разведаны и разрабатываются, самые дешевые в СНГ. Однако их большая зольность (до 50%) служит причиной выделения в окружающую среду летучей золы. Для предотвращения чего был сконструирован котел-утилизатор, позволяющий улавливать и превращать золу в жидкий шлак, пригодный для изготовления строительных материалов.

 

 

 

Таблица 3 – Классификация систем очистки пылегазовых выбросов

Способ очистки	Классификация
1	2
По методам удаления твердых частиц
Использование механических сухих осадителей	По осадительным камерам (с заслонками, с горизонтальными полками, с лабиринтами, с наклонными полками); циклоны-осадители (с тангенциальным входом, с осевым входом, групповые циклоны); мультициклоны (параллельные, последовательные)
Применение механических мокрых пылеуловителей	По конструкции (тарелочный скруббер, скрубберы с насадками); с предварительным распылением (скруббер Вентури, брызгальный и противоточный скрубберы, барботажный и пенный аппараты); по типам осаждения (гравитационные, центробежные, инерционные)
Фильтрация	По материалам фильтра (тканевые, волокнистые, зернистые); по состоянию насыпного слоя (неподвижный, двигающийся, псевдоожиженный, (орошаемый)); по видам конструкции (рукавные , плоская развернутая ткань, клиновые, каркасные, рамные); по способу регенерации ткани (встряхивание, обратная продувка); по числу секции в установке (однокамерные, многосекционные).
Электрический	По количеству зон осаждения (одноступенчатые, двухступенчатые); по виду сечения (трубные, прямоугольные); по способу очистки (мокрые, сухие); по диапазонам рабочих температур.
По методам удаления газообразных загрязнителей
Абсорбция	По видам очищаемых газов (HCL, HF, SiF4, NY4, SO2, CL2, H2S – газообразные загрязнители); по видам абсорбентов (вода, щелочный раствор, малолетучая органическая жидкость , растворы гранулированных оксидов железа и цинка, сульфидов кобальта, никеля и молибдена, извести и известняка ); по характеру использования жидкостей (однократная, регенерация); по конструкции оборудования (абсорберы с насадками, скрубберы Вентури, и брызгальные, мокрый электрофильтр, колонны с отражателем и тарелчатые).
Адсорбция	По видам очищаемых газов (газы с сильным запахом, пары растворителей, пары эфира, пары ацетона, выхлопные газы, H2S, радиоактивные газы, этилен); по видам адсорбентов (активированный уголь, адсорбенты оксидные и кремнийсодержащие, импрегнированные сорбенты с пропиткой); по видам оборудования (сменные контейнеры с адсорбентом, адсорберы с тонкими и высокими слоями, адсорберы с движущимся сорбентом и с ожиженным слоем, камеры с хронографической очисткой).
Конденсация	По видам очищаемых газов (пары веществ с температурой, близкой к точке росы, органические соединения, углеводороды); по конструкции оборудования (с охлаждением при непосредственном контакте и косвенном).
Дожигание	По видам очищаемых газов (органические соединения, углеводороды); по типам горелок (с регулируемой подачей топлива, многоструйные, с предварительным смешиванием, форсунки); по видам топлива (нефть, газ).
Химические методы очистки	По видам очищаемых газов (оксид азота, оксид серы); по характеру процесса (некаталическое восстановлене добавками аммиака, селективное каталическое восстановление, облучение потоком электронов с добавлением аммиака).

 

3 Водные ресурсы

Гидросфера – одна из составляющих оболочек Земли. Вода – природный ресурс, функционирующий как единый комплекс и предназначенный для:

–  поддержания жизненной потребности человека, животного и растительного мира;

–  производственно-хозяйственных нужд;

–  гидротраспортировки и перевозки грузов на судах;

–  обеспечения специфических технологических процессов (выработка электроэнергии).

Вода – самое распространенное вещество на Земле: около ¾ поверхности земного шара покрыты океанами, морями, озерами, реками, ледниками. Вместе с тем запасы пресной воды ничтожно малы – около 3% вместе со льдами Арктики, Гренландии и Антарктиды по отношению к общим водным ресурсам нашей планеты. А ведь без пресной воды практически невозможна жизнь. Данные, характеризующие современные объемы водных ресурсов на земном шаре, приведены в таблице 4.

Таблица 4 – Мировые водные ресурсы

	Объем, тыс. км	Соотношения водных ресурсов, %	Ежегодно возобновляе-мая часть, тыс. км	Процессы, вызывающие возобновле-ние
Мировой Океан	1370000	97,2 – 97,5	37,3	Испарение
Подземные воды до 5 км глубины	60000	1,75 – 2,15	13	Поверхностный сток
Ледники, снега	29000	0,009	1,8	Сток
Озера	750	0,72	—	Испарение
Влажность почвы и подпочвенный слой	65	0,008	71 14	Испарение Подземный сток
Атмосферная влага	14	—	520	Осадки
Реки	1,2	0,0001	37,3	Сток

 

Вода присутствует во всей биосфере: в водоемах, почве и во всех живых существах. Ежегодно мы пропускаем через себя количество, равное более чем пятикратному весу нашего тела, а в течение жизни каждый из нас поглощает около 5 т. воды. Без пищи человек может существовать 40 дней, а без воды умирает на 8 сутки. Согласно проведенным расчетам, все затраты воды, приходящиеся на 1 жителя планеты составляют 1,2 тонн в год, причем этот показатель постоянно растет /3/. Есть бактерии, которые могут существовать без кислорода, но без воды неизвестна никакая форма жизни.

Вода имеет важное физико-химическое свойство – она является универсальным растворителем, а в экосистемах вода еще выполняет и утилитарные функции: она переносчик растворенных микроэлементов и энергии (тепла), с помощью воды обеспечивается гигиена растений, животных, человека. Все это важно иметь в ввиду при учете количества и состава попадающих в воду техногенных отходов, затем входящих в пищевую цепь и формирующих поинградиентную системную картину водоемов – рек, океанов и подземных источников.

Большое значение в жизни природы имеет тот факт, что вода обладает аномально высокой теплоемкостью – 418 Дж/(кг К). Высокая теплоемкость воды является следствием расхода части теплоты на разрыв водородных связей. В природе вода медленно остывает и нагревается, являясь регулятором температуры на Земле.

Особые свойства воды, ее доступность и кажущееся изобилие, ход химических реакций в растворах способствовали созданию «мокрых технологий» практически в любой отрасли промышленности, сельского и коммунальных хозяйств, в результате чего на тонну конечной продукции, как правило, «производится» в 10-1000 раз больше загрязненной воды.

Вода необходима любому производству. Нынешние технологии очень водоемкие: для выплавки 1 т. стали требуется 250 м воды, производства 1 т. бумаги – 900 м и т.д. Согласно статистическим данным, водозабор в разных странах, а особенно в развитых, растет быстрее, чем количество их жителей. Так, например, в США с начала прошлого века он повысился в 8 раз, а население менее чем в 3 раза.

При подсчете потребности в водных ресурсах населения земного шара (исходили из 5 млрд. человек) получили следующую картину: ирригация – 7000, промышленность – 1700, бытовые нужды – 600, разбавление промышленных сточных вод – 9000, другие виды потребления – 400, всего – 18 700 км . На рисунке 5 приводится характер антропогенного воздействия на круговорот воды.

Различают два вида использования водных ресурсов: водопользование и водопотребление. При водопользовании вода не изымается из водоемов и не расходуется, а лишь используется для выполнения определенных функций. Водопользователями являются гидроэнергетика, водный транспорт и др. При водопотреблении вода забирается из водных объектов, причем часть ее теряется безвозвратно (например, испаряется), часть расходуется промышленностью и сельским хозяйством на производство продукции и др. Кроме того, при водопотреблении резко ухудшается в результате засорения и загрязнения качество той воды, которая возвращается в реки и озера.

В современных условиях провести строгую границу между водопользованием и водопотреблением довольно сложно, поэтому при комплексном использовании водных ресурсов эти разновидности объединяют под общим термином – водопользование.

Озёра, пруды, реки

Океаны

Облака и скопления пара

Поверхность суши

Подземные воды

Растительность

Природный гидрологический цикл

Воздействие человека

 

Рисунок 5 – Антропогенное воздействие на круговорот воды

(природный гидрологический цикл)

Казахстан относится к маловодным районам – по водообеспеченности занимает последнее место среди стран СНГ, составляя 2,1 % от их общего объема. Потребности населения республики в питьевой воде удовлетворяются как за счет стоков рек, так и за счет подземных вод, значительные запасы которых имеются почти во всех областях, включая зону Арала, попавшую в экологическое бедствие.

Главным источником, питающим реки Казахстана, являются ледники, площадь которых равна почти 2000 км, а объем – более 98 км , что почти равноценно объему воды в озере Балхаш.

На территории Казахстана имеются около 4 тысяч озер с площадью зеркала более 2 км и 17 озер с площадью, превышающей 100 км . Общий объем воды в озерах достигает 190 млрд. м , из которых на долю пресных озер приходится 10%. Вода пресных озер в основном используется для водоснабжения и водопоя скота.

По данным Министерства геологии и охраны недр республики в 1995 году прогнозные запасы подземных вод составляли около 41-42 млрд. м в год, утвержденные разведанные запасы подземных вод равны 17,3 млрд. м . Однако объем используемых подземных вод не превышает 2,6 млрд. м . С учетом степени современного совершенствования перспективного использования и, исключая гидравлически связанную часть их с речным стоком, возможным к использованию на уровне начала 2000-х годов, приняты запасы не более 7-8 млрд. м в год.

Республика располагает природными первичными водными ресурсами в объеме 55-56 млрд. м , значительную часть которых составляют воды, поступающие из сопредельных территорий. Так, например, с территории КНР к нам поступает около 24 км , что составляет пятую часть всех располагаемых РК водных ресурсов.

 Казахстан использует совместно с Россией поверхностные водные ресурсы пяти рек межреспубликанского значения: Иртыш, Ишим, Тобол, Урал, Волга. Ведутся переговоры о рациональном использовании приграничных водных ресурсов с Кыргызстаном, Таджикистаном, Туркменией и Узбекистаном.

 Регулирование водных отношений между государствами, рациональное использование и охрана водных ресурсов является важной стратегической задачей, учитывающей интересы нашего государства.

В последние десятилетие возрастает антропогенное воздействие на гидрологический режим рек, так как с каждым годом увеличивается водозабор для полива сельскохозяйственных культур, ведется активное строительство плотин и водохранилищ, гидромелиоративных систем, сооружений и других объектов. Эта тенденция будет сохраняться.

На территории Казахстана сооружено более 4 тыс. водохранилищ и плотин, их общая площадь – 10 000 км³, а объем воды около 90 км³.

В республике два моря: Аральское – длиной 428 и шириной 235 км, с объемом воды 1000 км³ и Каспийское, имеющее в пределах Казахстана длину 2430 км, самое глубокое место 1025 м. В нем встречаются около 500 видов растений и 854 вида рыб и других морских животных.

По имеющимся данным объем водопотребления в РК на производственные нужды в настоящее время составляет 4,53 млрд. м³.

 В современных условиях провести строгую границу между водопользованием и водопотреблением довольно сложно, поэтому при комплексном использовании водных ресурсов эти разновидности объединяют под общим термином – водопользование.

 Проведенный анализ гидросферы Казахстана показывает, что значительная часть запасов относится к статическим и интенсивное использование водных ресурсов на нужды народного хозяйства может привести к возникновению экологических проблем.

Качество воды – характеристика состава и свойств воды, определяющая возможность ее использования для целей хозяйственно-питьевого, культурно-бытового, рыбохозяйственного и технического назначения. Стандарт РК по воде включает 30 обязательных показателей, в то время как ВОЗ рекомендует более 100 показателей качества питьевой воды.

 В настоящее время в РК качество питьевой воды регламентируется ГОСТ 2874-82 (таблица 5).

Таблица 5 – Характеристика состава питьевой воды

Наименование показателей	Величина
Водородный показатель	рН 6,0-9,0
Железо, мг/л	до 0,3
Жесткость общая, мг экв/л	до 7,0
Марганец, мг/л	до 0,7
Медь, мг/л	до 1,0
Сульфаты, мг/л	до 500
Сухой остаток, мг/л	до 1000
Хлориды, мг/л	до 350
Цинк, мг/л	до 5,0
Алюминий, мг/л	до 0,5
Бериллий, мг/л	до 0,0002
Молибден, мг/л	до 0,25
Мышьяк, мг/л	до 0,05
Нитраты, мг/л	до 45,0
Свинец, мг/л	до 0,03
Селен, мг/л	до 0,001
Стронций, мг/л	до 7,0

Основная причина загрязнения поверхностных вод бассейнов в РК – сброс в водоемы неочищенных или недостаточно очищенных сточных вод:

–  организациями жилищно-коммунального хозяйства и бытового обслуживания населения;

–  промышленными предприятиями;

–  сельскохозяйственными организациями;

–  другими отраслями народного хозяйства.

Загрязнения, поступающие в сточные воды, можно разделить на несколько групп. По физическому составу выделяют примеси: нерастворимые, коллоидные и растворимые. Кроме того, загрязнения делятся на минеральные, органические, бактериальные и биологические.

 Минеральные загрязнения обычно представлены глинистыми частицами, частицами руды, шлака, минеральных солей, растворами кислот, щелочей и другими веществами. Органические загрязнения подразделяют по происхождению на растительные и животные. Растительные органические загрязнения представляют собой остатки растений, плодов, овощей и злаков, растительного масла и др.

Бактериальные и биологические загрязнения свойственны главным образом бытовым сточным водам и стокам некоторых промышленных предприятий.

В промышленном производстве вода используется как теплоноситель, поглотитель, растворитель, как средство транспортировки. Возможно также использование воды для разных целей одновременно.

 Источниками загрязнения подземных вод могут быть:

–  места хранения и транспортировки промышленной продукции и отходов производства;

–  места аккумуляции коммунальных и бытовых отходов;

–  сельскохозяйственные и другие угодья, на которых применяются удобрения, пестициды и другие химические вещества;

–  загрязненные участки поверхностных водных объектов, питающих подземные воды;

–  загрязненные участки водоносного горизонта естественного или искусственного, связанного со смежными водоносными горизонтами;

–  участки фильтрации загрязненных атмосферных осадков;

–  промышленные площадки предприятия, поля фильтрации, буровые загрязненные поверхностные воды, которые питают подземные скважины.

Выделяют микробные и химические загрязнения подземных вод. В подземныхводах патогенные бактерии и вирусы довольно длительно сохраняют свою жизнедеятельность.

На промышленных предприятиях для очистки сточных вод используют пруды-отстойники, шламовые пруды, пруды-накопители, пруды-испарители, хвостохранилища, золоотвалы и др. В ряде случаев они тоже могут быть источниками загрязнения подземных вод.

В подземные воды могут поступать и поверхностно-активные вещества (ПАВ). Загрязнения ПАВ наблюдаются при использовании почвенных методов очистки сточных вод, содержащих ПАВ, при пополнении запасов подземных вод, содержащих ПАВ.

Источником загрязнения подземных вод могут быть атмосферные осадки, загрязняющиеся на территориях, занятых промышленными отходами, на участках хранения нефтепродуктов, сырья и др. В городах загрязнение водного бассейна происходит в основном в результате сброса промышленных и коммунально-бытовых стоков, поверхностного стока и фильтрации загрязненных дождевых и талых вод в местах захоронения твердых веществ. Сточные воды промышленных предприятий многих крупных городов составляют 70-80% всех стоков в водоемы.

Таким образом, реки и озера республики подвергаются антропогенному влиянию.

Для сравнения и определения динамики изменения качества поверхностных вод с применением индекса загрязнения воды (ИЗВ) используются характеристики, приведенные в таблице 6.

В системы канализации или непосредственно в реки и озера от различных предприятий сбрасывается загрязненная вода, содержащая нефть и ее производные, антисептики, ПАВ, фенолы, кислоты, щелочи, соли металлов и другие загрязнители, в том числе и ядовитые. Вредные и ядовитые вещества разнообразны по своему составу, в связи с чем их нормируют по принципу лимитирующего показателя вредности (ЛПД), под которым понимают наиболее вероятное неблагоприятное воздействие каждого вещества (ПДК) вредных загрязнений, которые не оказывают вредного действия на организм человека и состояние водоемов в целом.

Таблица 6 – Динамика изменения качества поверхностных вод

Класс качества	Характеристика качества поверхностных вод	Величина ИЗВ
1	Очень чистая	ИЗВ 0,3
2	Чистая	0,3 <ИЗВ 1
3	Умеренно загрязненная	1,0 < ИЗВ  2,5
4	Загрязненная	2,5 < ИЗВ  4,0
5	Грязная	4,0 < ИЗВ  6,0
6	Очень грязная	6,0 < ИЗВ  10
7	Чрезвычайно грязная	ИЗВ > 10

Условия спуска сточных вод в водоемы в Казахстане регламентированы «Правилами санитарной охраны вод от загрязнения сточными водами» и «Правилами санитарной охраны прибрежных районов морей». В таблице 7 приведены требования к воде общего назначения.

Таблица 7 – Общие требования к составу и свойствам воды

Состав и свойства воды	Вид пользования
	Хозяйственно-питьевое		Культурно-бытовое
Взвешенные вещества	Содержание взвешенных веществ, мг/л, не должно увеличиваться больше, чем на:
	0,25	0,75
	Для водоемов, содержащих более 30 мг/л природных минеральных веществ, допускается увеличение содержания взвешенных веществ в воде до 5%. Взвешенные вещества со скоростью выпадения более 0,4 мм/с в проточных водоемах и более 0,2 мм/с в водохранилищах к спуску запрещаются
Состав и свойства воды	Вид пользования
	Хозяйственно-питьевое		Культурно-бытовое
Плавающие примеси	На поверхности водоема не должны обнаруживаться плавающие пленки, пятна минеральных масел и скопления других примесей
Запахи	Вода не должна иметь запахи и привкусы интенсивностью более 2 баллов, обнаруживаемые:
	непосредственно или при последующем хлорировании;		непосредственно.
	Вода не должна сообщать посторонних запахов и привкусов мясу и рыбе

Продолжение таблицы – 7

Состав и свойства воды	Вид пользования
	Хозяйственно-питьевое	Культурно-бытовое
Окраска	Не должна обнаруживаться в столбике высотой, см
Температура	Летняя температура воды после спуска сточных вод не должна повышаться более чем на 3 С
Реакция рН	Не должна выходить за пределы
	6,5	8,5
Минеральный состав	В сухом виде не должен превышать 1000 мг/л, в т.ч. хлоридов 350 мг/л и сульфатов 500 мг/л	Нормируется по приведенному выше показателю «Привкусы»
Растворенный кислород Биохимическая потребность	Не менее 4 мг/л в любой период года в пробе, отобранной до 12 ч. дня. Полная потребность воды в кислороде при °20 С не должна превышать мг/л:
	3	6
Возбудители заболеваний	Вода не должна содержать возбудителей заболеваний. Сточные воды, содержащие возбудителей, подвергаются обеззараживанию после соответствующей очистки
Ядовитые вещества	Не должны содержаться в концентрациях, которые могут прямо или косвенно вредно действовать на организм и здоровье населения

Сточные воды несут в себе отходы производства – множество разновидностей органических и неорганических веществ в растворенном или взвешенном состоянии.

В РК принята система нормирования качества воды на основе ПДК вредных загрязнителей, определяемых на основе гидрологических и гидродинамических особенностей водоема. Концентрации этих веществ зачастую превышают ПДК, и такие стоки перед сбросом в воду различными методами очистки и разбавления доводят до получения требуемых ПДК.

В таблице 8 приводятся предельно допустимые концентрации вредных веществ.

Таблица 8 – Предельно допустимые концентрации вредных веществ

Вещество	Норматив, мг/л	Вещество	Норматив, мг/л
1	2	3	4
По санитарно-токсикологическому лимитиру-ющему показателю вредности		По санитарно-токсикологическому лимитиру-ющему показателю вредности
Анилин	0,1	Аммиак (по азоту)	2,0
Бензол	0,5	Кадмий	0,01
Бериллий	0,0002	Капролактан	1,0

Продолжение таблицы 8

Вещество	Норматив, мг/л	Вещество	Норматив, мг/л
Ванадий	0,1	Медь	0,1
Вольфрам	0,1	Никель	0,1
ДДТ (дуст)	0,1	Сульфиды	Отсутствие
Молибден	0,5	Титан	0,1
Мышьяк	0,05	Хлор активный	Отсутствие
Нафтол	0,4	Цинк	1,0
Нитраты (по азоту)	10,0	По органолептическому лимитирующего по-казателю вредности
Роданиды	0,1	Барий	4,0
Ртуть	0,005	Бензин	0,1
Свинец	0,1	Железо	0,5
Селен	0,001	Керосин	0,1
Стронций	2,0	Нефть многосернистая	0,1
Сурьма	0,05	Нефть прочая	0,3
Теллур	0,01	Пикриновая кислота	0,5
Фтор (в соединениях)	1,5	Сероуглерод	1,0
Хлорбензол	0,02	Фенол	0,001
Четыреххлористый углерод	0,3	Хром (Cr )	0,1
		Хром (Cr )	0,5
		Этилен	0,5

3.1 Классификация сточных вод

К производственным сточным водам относятся воды, использованные в технологическом процессе производства или получающиеся при добыче полезных ископаемых. Производственные сточные воды делятся на две основные категории: загрязненные и незагрязненные (условно чистые).

Сточные воды, отводимые с территории промышленных предприятий, по своему составу могут быть разделены на три вида:

–    производственные – использованные в технологическом процессе производства или получающиеся при добыче полезных ископаемых (угля, нефти, руд и т.п.);

–    бытовые – от санитарных узлов производственных и непроизводственных корпусов и зданий, а также от душевых установок, имеющихся на территории промышленных предприятий;

–    атмосферные – дождевые и от таяния снега.

 Проблема борьбы с загрязнением водоемов решается строительством очистных сооружений, а также созданием оборотных систем водоснабжения.

В составе инженерных коммуникаций каждого промышленного предприятия имеется комплекс канализационных сетей и сооружений, с помощью которых осуществляется отведение с территории предприятия отработанных вод, дальнейшее использование которых невозможно по технических причинам или нецелесообразно по технико-экономическим показателям, а также сооружений по предварительной обработке сточных вод и извлечению из них ценных веществ и примесей.

При проектировании очистных сооружений необходимо учитывать состав и свойства производственных сточных вод, нормы водоотведения на единицу продукции, условия выпуска производственных сточных вод в городскую канализацию и водоемы, а также необходимую степень их очистки.

Развитие промышленности вызывает необходимость в предотвращении отрицательного воздействия производственных сточных вод на водоемы. В связи с чрезвычайным разнообразием состава, свойств и расходов сточных вод промышленных предприятий необходимо применение специфических методов, а также сооружений по их локальной, предварительной и полной очистке.

Загрязненные производственные сточные воды содержат различные примеси и подразделяются на три группы:

а) загрязненные преимущественно минеральными примесями;

б) загрязненные преимущественно органическими примесями;

в) загрязненные минеральными и органическими примесями.

По характеру примесей, с точки зрения их физико-химического состава, сточные воды делятся на две большие группы: гомогенные и гетерогенные системы, в которых можно выделить:

а) сточные воды, содержащие нерастворимые в воде примеси с величиной частиц 10 - 10 нм и более;

б) сточные воды, содержащие коллоидные примеси;

в) сточные воды, содержащие газы и молекулярно-растворимые органические вещества;

г) сточные воды, содержащие истинно-растворимые вещества.

По концентрации загрязняющих веществ производственные сточные воды делятся на четыре группы:

–        от 1 до 500 мг/л – слабоконцентрированные;

–        от 500 до 5000 мг/л – среднеконцентрированные;

–        от 500 до 30 000 мг/л – высококонцентрированные;

–        свыше 30 000 мг/л – высококонцентрированные.

По степени агрессивности производственные сточные воды разделяют на слабоагрессивные (слабокислые с рН=6-6,5 и слабощелочные с рН=8-9), сильно-агрессивные (сильнокислые с рН<6 и сильнощелочные с рН> 9) и неагрессивные (с рН=6,5-8).

Незагрязненные производственные сточные воды поступают от холодильных, компрессорных, теплообменных аппаратов. Кроме того, они образуются при охлаждении основного производственного оборудования и продуктов производства.

На различных предприятиях даже при одинаковых технологических процессах состав производственных сточных вод, режим водоотведения и удельный расход воды на единицу выпускаемой продукции весьма разнообразны.

Соответственно назначению воду в системах производственного водообеспечения делят на четыре категории:

–        вода I категории используется для охлаждения жидких и конденсации газообразных продуктов в теплообменных аппаратах без соприкосновения с продуктом; вода нагревается и практически не загрязняется; могут наблюдаться лишь аварийные утечки жидких и газообразных продуктов в воду при неисправных теплообменных аппаратах, загрязняющих ее;

–        вода II категории служит в качестве среды, поглощающей различные нерастворенные (механические) и растворенные примеси; вода не нагревается, но загрязняется механическими и растворенными примесями;

–        вода III категории используется так же, как и вода II категории, но с нагревом;

–        вода IV категории служит в качестве экстрагента и растворителя реагента и др.

Количество производственных сточных вод определяется в зависимости от производительности предприятия по укрупненным нормам водопотребления и водоотведения для различных отраслей промышленности.

Нормой водопотребления считается целесообразное количество воды, необходимой для производственного процесса, установленное (или рекомендуемое) на основании передового опыта или научно обоснованного расчета.

Нормой водоотведения является установленное среднее количество сточных вод, отводимых от производства в водоем, при целесообразной норме водопотребления. Укрупненные нормы водоотведения в различных отраслях промышленности колеблются в широких пределах. Так, например, при добыче 1 т. нефти образуется 0,4 м сточных вод, при добыче 1 т. угля в шахтах – 0,3 м , 1 т. бумаги – 37 м , одного магистрального тепловоза – 710 м . При выработке 1 МВт ч. электроэнергии на тепловых и атомных электростанциях с системами оборотного водоснабжения образуется в среднем 5 м сточных вод.

При отсутствии норм водоотведения количество сточных вод определяется по технологическим расчетам в соответствии с регламентом производства. Количество сточных вод от крупных промышленных предприятий достигает 200-400 тыс. м /сут, что соответствует количеству сточных вод от городов с населением 1-2 млн. человек.

В укрупненную норму водопотребления входят все расходы воды на предприятии как производственные, так и хозяйственно-питьевые, на душевые установки и т.п. Норма водоотведения включает количество выпускаемых в водоем сточных вод – очищенных производственных и бытовых; производственных, не требующих очистки; фильтрационных из прудов-осветлителей, хвостохранилищ и шламонакопителей.

Укрупненные нормы водопотребления и водоотведения выражаются в м воды на единицу готовой продукции или используемого сырья. Эти нормы расхода производственных сточных вод следует применять при проектировании вновь строящихся и реконструируемых систем канализации промышленных предприятий. Укрупненные нормы позволяют дать оценку рациональности использования воды на любом действующем предприятии.

При расположении промышленных предприятий в городах или вблизи них, а также при решении о совместной очистке сточных вод группы предприятий промышленной зоны и близлежащего жилого массива загрязненные производственные сточные воды могут сбрасываться в городскую канализацию. Очистка смеси бытовых и производственных сточных вод в этом случае осуществляется на единых очистных сооружениях. В связи с тем, что в сточных водах промышленных предприятий могут содержаться специфические загрязнения, их спуск в городскую канализацию ограничен комплексом требований.

Выпускаемые в канализацию производственные сточные воды не должны:

–        нарушать работу сетей и сооружений;

–        содержать более 500 мг/л взвешенных и всплывающих веществ;

–        содержать вещества, которые способны засорять трубы канализационных сетей или отлагаться на стенках труб;

–        оказывать разрушающее действие на материал труб и элементы сооружений канализации;

–        содержать горючие примеси и растворенные газообразные вещества, способные образовывать взрывоопасные смеси в канализационных сетях и сооружениях;

–        содержать вредные вещества в концентрациях, препятствующих биологической очистке сточных вод или сбросу их в водоем (с учетом эффективности очистки);

–        иметь температуру выше 40.

Расчетные расходы производственных сточных вод, поступающих на очистные сооружения, Q , м /сут, q , л/с, определяются согласно /8/ по формулам

где N – норма водоотведения на единицу продукции или переработанного сырья с учетом водооборота м ;

 M и M - число единиц продукции или перерабатывемого сырья при максимальной выработке соответственно в сутки и смену;

Т – число рабочих часов в смену;

К – коэффициент часовой неравномерности.

3.2. Методы очистки сточных вод

Методы очистки сточных вод подразделяются на механические, физико-химические и биологические.

Для правильного выбора метода и необходимой степени очистки сточных вод нужно иметь подробные данные о примесях, их количестве и составе. В таблице 9 приводятся рекомендации по выбору метода очистки сточных вод в зависимости от состава и концентраций загрязняющих веществ /8/.

Таблица 9 – Рекомендуемые методы очистки сточных вод

Концентрация загрязняющих веществ, мг/л	Методы очистки сточных вод, содержащих вещества,
	преимущественно органические с температурой кипения, С			преимущественно неорганические
	< 120	120-250	> 250
1-500	биологический, химический, сорбционный		химический, сорбционный	механический химический, сорбционный
500-5000	химический (озонирование, хлорирование), сорбционный, жидкофазное окисление с биологической доочисткой, сжигание в печах	химический, сорбционный, экстракционный, жидкофазное окисление с биологической доочисткой, сжигание в печах	сорбционный, жидкофазное окисление с биологической доочисткой, сжигание в печах	механический, сорбционный, выпаривание
5000-30000	химический, экстракционный, жидкофазное окисление с биологической доочисткой, сжигание в печах			механический, выпаривание, сброс в море, захоронение в земле, сушка в кипящем слое
>30000	экстракционный, жидкофазное окисление с различными методами доочистки, сжигание в печах			то же

3.2.1 Механическая очистка сточных вод

Сущность механической очистки заключается в механическом удалении из сточных вод нерастворенных примесей. Для механической очистки применяют специальные сооружения. Грубые примеси размером больше 5 мм задерживаются на решетках, более мелкие улавливаются ситами. Для задержания минеральных загрязнений сточных вод, преимущественно песка, служат песколовки, а для загрязнений, всплывающих на поверхность, – жироловки, масло- и нефтеловушки, смолоуловители и др.

В отстойниках происходит осаждение взвешенных веществ с удельным весом больше единицы, а легкие вещества всплывают на поверхность воды отстойников. Механической очисткой можно достигнуть выделения из бытовых сточных вод до 60 % нерастворенных примесей, а из производственных – до 95 %.

Механическая очистка, как правило, является предварительным способом очистки производственных сточных вод и применяется для случаев, когда довольно высокая концентрация нерастворенных минеральных и органических примесей. Для механической очистки применяют операции процеживания, отстаивания и фильтрации.

Процеживание предназначено для выделения из сточных вод механических частиц размером 100-250 мкм, а также более мелких волокнистых загрязнений, которые в процессе дальнейшей обработки стоков слипаются и препятствуют нормальной работе очистного оборудования.

Отстаивание предназначено для выделения из сточной воды нерастворенных и частично-коллоидных механических загрязнений органического и минерального происхождения. Оно основано на закономерностях осаждения твердых частиц в жидкости. При этом может осуществляться свободное осаждение частиц, склонных к коагулированию в процессе осаждения и изменяющих при этом свою форму и размеры. Свободное осаждение наблюдается при концентрации частиц до 1 % или 8 кг/м . Отстаивание осуществляется в песколовках и отстойниках.

Фильтрация предназначена для глубокой очистки сточных вод от взвешенных веществ, удаление которых процеживанием и отстаиванием затруднено. Разделение фаз ведут при помощи пористых перегородок, пропускающих жидкость и задерживающих твердые частицы. Выбор перегородок зависит от свойств сточной воды, температуры и других факторов. Чаще всего используют фильтры с сетчатыми элементами (микрофильтры и барабанные сетки) и фильтры с зернистым слоем.

В зависимости от требований к качеству очищенной сточной воды применяют различные очистные сооружения: для процеживания – решетки и сетки, предназначенные для задержания крупных частиц примесей, движущихся по каналу; для задержания мелких взвешенных в воде примесей – отстойники, фильтры, гидроциклоны и т.д.

Механические методы очистки применяются как окончательные способы очистки сточных вод до их выпуска в водоем или как первый этап, после чего их направляют на биологическую очистку.

 3.2.2 Химическая очистка сточных вод

Химическая очистка сточных вод заключается в добавлении к ним таких химических веществ, которые, вступая в реакцию с загрязняющими веществами, способствуют выпадению нерастворенных и частично растворенных веществ. Некоторые нерастворенные вещества переводятся в безвредные растворенные.

В особых смесителях происходит смешение реагентов со сточными водами, затем обработанные реагентами загрязнения осаждаются в специальных отстойниках.

Из химических методов очистки широко применяется окисление сточных вод: хлорирование большими дозами хлора, двуокисью хлора и окисление озоном. Для кислых промышленных сточных вод нейтрализационные установки иногда заменяют обработкой известковым молоком.

Химический метод очистки позволяет уменьшить количество нерастворенных загрязняющих веществ сточных вод до 95 % и растворенных до 25 %.

Существует электролитический метод очистки сточных вод. Он заключается в пропуске электрического тока через загрязненные воды. Образующиеся ионы электролитов направляются к аноду и катоду. Здесь они разряжаются и образуют новые соединения как между собой, так и с материалом электрода. Если применяются электроды из сплавов железа, то образуется гидрат окиси железа, который действует как коагулянт. Электролитический метод очистки осуществляется в специальных сооружениях – электролизерах.

Производственные сточные воды от технологических процессов очень часто содержат щелочи и кислоты. В большинстве кислых стоков содержатся растворимые соли тяжелых цветных металлов, которые необходимо выделять из сточных вод.

С целью предупреждения коррозии материалов канализационных очистных сооружений, нарушения биохимических процессов в водоемах, а также осаждения из сточных вод солей тяжелых металлов кислые и щелочные стоки подвергают химической очистке.

Химическая очистка может применяться как самостоятельный метод перед подачей производственных сточных вод в систему оборотного водоснабжения, а также перед спуском их в водоемы. Применение такого метода очистки в ряде случаев целесообразно перед биологической или физико-химической очисткой. Основными методами физико-химической очистки производственных сточных вод являются нейтрализация и окисление.

Кислые и щелочные сточные воды перед сбросом их в промышленную канализацию или водоемы должны быть нейтрализованы до достижения величины рН, равной 6,5-8,5. При нейтрализации сточных вод допускается смешение кислых и щелочных стоков для их взаимонейтрализации.

Нейтрализация – химическая реакция между кислотой и основанием. Нейтральными считаются сточные воды, имеющие рН=6,5-8,5. Нейтрализации подвергаются сточные воды с рН< 6,5 и рН > 8,5.

Большую опасность представляют кислые стоки, которых образуется гораздо больше, чем щелочных. При химической очистке применяют следующие способы нейтрализации:

–    взаимная нейтрализация кислых и щелочных сточных вод;

–    нейтрализация реагентами;

–    фильтрация через нейтрализующие материалы.

Выбор способа нейтрализации зависит от многих факторов: вида и концентрации кислот загрязняющих промстоки, расхода и режима поступления отработанных вод на нейтрализацию, наличия реагентов, местных условий, в которых происходит очистка и т.д.

Режимы сброса сточных вод, содержащих кислоты и щелочи, как правило, различны. Кислые воды обычно сбрасываются в течение суток равномерно и имеют постоянную концентрацию, щелочные воды сбрасываются периодически по мере их накопления. В связи с этим для щелочных вод часто устраивают регулирующий резервуар, объем которого определяется суточным поступлением щелочных вод. Из этого резервуара щелочные воды равномерно выпускают в камеру реакции, где происходит взаимная нейтрализация.

 Химический метод очистки применяется как окончательный способ очистки сточных вод до их выпуска в водоем или как первый этап, после чего их направляют на биологическую очистку.

3.2.3 Биологическая очистка

Биологические методы очистки сточных вод основываются на естественных процессах жизнедеятельности гетеротрофных микроорганизмов. Микроорганизмы обладают целым рядом особых свойств, из которых можно выделить три основных, широко используемых для целей очистки: способность потреблять в качестве источников питания самые разнообразные органические (и некоторые неорганические) соединения для получения энергии и обеспечения своего существования.

Сущность биологической очистки заключается в минерализации органических загрязнений сточных вод при помощи аэробных биохимических процессов. В результате биологической очистки вода становится прозрачной, незагнивающей, содержащей растворенный кислород и нитраты.

Биологическая очистка сточных вод в естественных условиях часто осуществляется на специально подготовленных участках земли – полях орошения или полях фильтрации. На полях орошения одновременно с очисткой вод производится выращивание сельскохозяйственных культур. Поля фильтрации предназначены только для биологической очистки сточной жидкости. На отведенных полях орошения и фильтрации планируется оросительная сеть из магистральных и распределительных каналов, по которым разливаются сточные воды. Очистка от загрязнений происходит в процессе фильтрации вод через почву. Слой почвы в 80 см обеспечивает достаточно надежную очистку.

Биологическая очистка сточных вод в искусственных условиях производится в специальных сооружениях – биофильтрах или аэротенках. Биофильтрами называются сооружения, в которых биологическая очистка сточных вод осуществляется при их фильтрации через слой крупнозернистого материала. Поверхность зерен этого материала покрыта биологической пленкой, заселенной аэробными микроорганизмами.

4 Влияние хозяйственной деятельности на земельные ресурсы

4.1 Земельные ресурсы и земная поверхность

Литосфера – это твердая оболочка Земли (глубиной около 200 км), под которой находятся мантия и ядро.

Возраст Земли – около 4,5 млрд. лет. Поверхность нашей планеты составляет 510 млн. км . При этом большая ее часть – 361 млн. км покрыта водой. Общая площадь суши – около 148 млн. км , примерно 15 млн. км

приходится на ледники, остальная часть – пространство обитания, из нее примерно одна треть – леса, еще столько же приходится на сельскохозяйственные угодья. Территория СНГ занимает 22,3 млн. км , территория Казахстана занимает 2,72 млн. км . Удельный вес сельскохозяйственных земель в общей площади составляет по странам: в СНГ – 27%, США –53, Франции – 63, Канаде – 7, Аргентине – 65, ФРГ – 50, Бразилии – 28, Индии – 60, Японии – 6, Китае – 40 /2/.

Функциональные особенности использования земли определили ее место среди природных ресурсов. Она является исходной материальной основой благосостояния членов общества, пространственным базисом для размещения производительных сил и расселения людей, основой для нормального протекания воспроизводственных процессов всех факторов экономического роста – трудовых, материально-технических и природных. На рисунке 6 обозначены пути нарушения деятельностью человека устойчивого уровня эксплуатации ресурсов естественной биоты.

Почва – особое природное образование, обладающее рядом свойств, присущих живой и неживой природе, сформировавшееся в результате длительного преобразования поверхностных слоев литосферы под совместным взаимообусловленным воздействием гидросферы, атмосферы и организмов. Основной задачей почв является сохранение целостности почвен-

ного покрова, поддержание плодородия для обеспечения постоянно растущего населения продуктами питания. Для характеристики земельных ресурсов как средства производства важное значение имеют региональный и территориальный аспекты. Наиболее высокий процент использования суши для сельского хозяйства – в Европе, в СНГ, в Казахстане – самый низкий, хотя площадь велика, но почвы менее плодородные.

Использование суши в разных частях земли характеризуется данными, приведенными в таблице 10.

Почвенный покров Казахстана. Республика Казахстан занимает 9-е место в мире по размерам территории (272,5 млн. га), включающим лесостепные, степные, полупустынные и пустынные зоны. Разнообразие почв Казахстана обусловлено широтной зональностью, усилением аридности климата с запада на восток, геолого-геоморфологическими особенностями разных частей территории.

 

биоты

 

Рисунок 6 – Пути нарушения деятельностью человека устойчивого уровня эксплуатации ресурсов естественной биоты

Таблица 10 – Использование суши в разных частях земли

Страна, континент	Общая использованная площадь суши
	всего, млн. га	на одного человека, га	освоенная для сельского хозяйства	под лесами
СНГ Европа Азия Северная и Центральная Америка	2240 493 2753   2242	9,22 1,07 1,34   7,00	27,1 48,7 35,4   28,1	40,6 28,4 19,5   36,5

Общее распределение земельных ресурсов Республики Казахстан приводится в таблице 11.

 

Таблица 11 - Распределение земельных ресурсов Республики Казахстан

по категориям землепользователей

Категории землепользователей	Площадь S, тыс. га	%
Общая площадь	272490	100
Земли сельскохозяйственного назначения	203124	75
Земли населенных пунктов	17939	7
Земли промышленности, транспорта, связи, обороны и иного назначения	18736	7
Земли природного, оздоровительного, рекреационного, историко-культурного назначения	842	-
Земли лесного фонда	10167	4
Земли водного фонда	858	-
Земли запаса	20319	7

Земельные ресурсы, которыми располагает РК, при их рациональном использовании и улучшении способны обеспечить производство разнообразной сельскохозяйственной продукции в объемах, удовлетворяющих внутренние и экспортные потребности. Но наличие в их составе 121,8 млн. га сельскохозяйственных угодий, склонных к дефляции почв, из которых 27,8 млн. га находится в пашне и более 63 млн. га представлены солонцовыми комплексами, в том числе 6,9 млн. га используемых под посев сельскохозяйственных культур, требуют бережного отношения к использованию таких земель, постоянной заботы об охране и повышении их продуктивности /3/.

Роль и развитие лесных ресурсов. Особую роль в формировании почв играют растения вообще и леса, в частности. Мир растений насчитывает более 500 тыс. видов.

Характеристика лесов мира. Из всех типов растительного покрова Земли и всех категорий естественных природных ресурсов нашей планеты самыми распространенными и наиболее ценными являются леса. Леса, занимая значительную часть земной поверхности, являются гигантской биологической фабрикой планеты, в которой постоянно происходит выработка кислорода, что позволяет существовать всему человечеству и всему живому на Земле. 1 га леса дает от 3 до 5 т. кислорода, перерабатывает около 6 т. углекислого газа, осаждает 30 – 60 т. пыли в год. Количество осадков над лесами на 10 – 30% больше, чем в других местах (из-за конденсации влаги над ними). Любой лес увеличивает запас воды в почве (за счет снежного покрова) в 1,5 – 2 раза, снижает поверхностный сток до 10 раз, фильтрует воду (повышает ее прозрачность, улучшает цвет, запах). Лес – источник древесины, сырье для химической, пищевой, медицинской промышленности.

Все леса подразделяются на три группы по степени их использования:

–    леса защитных функций (заповедники, лесополосы и т.п.);

–    леса малоресурсные и в густонаселенной местности;

–    леса многолесных районов, используемые преимущественно в эксплуатационных целях.

В середине ХХ века уже заговорили об ограниченности мировых запасов леса, лесных площадей и лесных ресурсов.

Общая площадь лесов мира, согласно оценкам Лесного Департамента ФАО ООН, составляет 4061 млн. га, а лесопокрытая – 3620 млн. га. Казахстан характеризуется слабой лесисостью (3,7%), тогда как лишь для защиты пашни лесной фонд должен составлять 2- 4%. Средняя лесистость суши составляет 27%, запас древесины в лесах – 337 млрд. куб. метров, из которых 127 млрд. куб. м приходится на древесину хвойных пород. За последние 10 тыс. лет лесопокрытая площадь на Земле сократилась на 1/3, уступая место зерновым культурам, пастбищам и городам. В наши дни тропические леса уменьшаются примерно на 17 млн. га в год, что связано, в частности, с постоянным ростом потребностей в древесине. Из 6,2 млрд. га девственных лесов, существовавших на Земле до распространения оседлого земледелия, к настоящему времени осталось всего 1,5 млрд. га. Самым высоким лесоресурсным потенциалом обладает Евразия: на ее территории сконцентрировано около 40% всех мировых лесов и почти 42% общего запаса древесины, в том числе 2/3 объема древесины наиболее ценных пород. На суше земного шара выделяют 5 основных лесорастительных поясов: хвойные бореальные леса умеренного пояса, смешанные суббореальные леса умеренного и субтропического поясов, постоянно влажные экваториальные леса, тропические сезонно-влажные леса, лиственные леса и тропические субаридные сухие леса.

Охрана недр. Верхнюю, доступную часть литосферы называют недрами. Если почва – относительно возобновляемая часть литосферы, то недра – невозобновляемая ее часть. Она служит для добычи полезных ископаемых, хранения их, размещения специальных сооружений и в особых случаях захоронения отходов. Потребителями минеральных ресурсов недр являются в первую очередь предприятия, добывающие полезные ископаемые, которые по виду народнохозяйственного использования подразделяют:

–    на энергоносители (уголь, нефть, газ, уран, торий, горючие сланцы);

–    рудные (все виды руд и металлов);

–    горно-химические (соль, фосфорит, апатит, карбонаты и т.д.);

–    механические неметаллорудные (алмаз, корунд и т.п.);

–    строительные (известняки, песчаники, гипс, строительный камень);

–    гидроминеральные (подземные воды).

Все, что извлекалось из недр в конце 80-х годов, составляло около 150 млрд. т, прогноз на начало XXI века дает увеличение от 4 до 6 раз. Но полезно используется из всей этой колоссальной массы лишь около 5% (т.е. из 150 около 7,5 млрд. т). Остальное теряется при добыче (нефти – до 70%, угля – до 40%, руд – до 25% и т.д.), обработке и переработке сырья.

Ученые считают, что недра следует разрабатывать на большую глубину – 10 –20 км. Совершенствование технологии должно привести не только к уменьшению потерь, но и к комплексному использованию всех полезных ископаемых. Ведь сопутствующие (часто рассеянные) элементы нередко имеют большую ценность, чем основные. Так, золото, серебро, кобальт, теллур и германий дороже основной медной руды. В законах об охране среды и о недрах оговорена платность природопользования, стимулирующая более полное использование ископаемых, особенно в основных районах добычи.

Для удовлетворения потребностей человека в минеральных ресурсах, базирующихся на совершенствовании технологии добычи, переработки и транспортировки ископаемых, ученые наметили еще три возможных направления.

Во-первых, эффективное использование запасов вод Мирового океана, его дна и особенно шельфа. Пока же океан большей частью используется для сбросов отходов, в том числе ядовитых.

Во-вторых, утилизация сырья и возврат его в производство.

В-третьих, замена металлических деталей пластмассовыми, а органического топлива – нетрадиционными источниками энергии (солнечными, ветровыми и др.).

Реализация этих принципов рационального использования полезных ископаемых позволит намного улучшить прогноз по недрам. Взгляды на запасы недр и их использование не остаются без движения, застывшими. Они изменяются в процессе развития человечества, совершенствования технологий.

4.2 Влияние хозяйственной деятельности на земельные ресурсы

Основные виды отходов, их краткая характеристика, принципы классификации отходов. Под отходами, по Н. Ф. Реймерсу, понимают в общем случае непригодные для производства данной продукции виды сырья, неупотребимые остатки, вещества и энергия. Отходы при добыче полезных ископаемых могут быть бытовыми (ТБО), промышленными (ТПрО).

 Промышленные отходы (или отходы производства) – это остатки сырья, материалов, полуфабрикатов, образовавшиеся при производстве продукции или выполнении работ и утратившие полностью или частично потребительские свойства. К ТПрО можно отнести и отходы потребления – изделия и машины, утратившие свои потребительские свойства в результате физического или морального износа.

Бытовые (коммунальные) отходы – твердые вещества, не утилизируемые в быту, образующиеся в результате амортизации предметов быта и самой жизни людей. В последнее время к ТБО относят и твердую составляющую коммунально-бытовых сточных вод, их осадок.

По фазовому состоянию их делят на жидкие, твердые или смесь твердой, жидкой и газовой фаз (выброс газов в атмосферу через трубы считается эмиссией производства, а не отходами). Но для снижения эмиссии газов в атмосферу используют различные физико – химические технологические процессы для превращения их в твердые или жидкие отходы (осадки в фильтрах, продукты реакций или сгорания).

В зависимости от объема отходы делятся на крупнотоннажные и малотоннажные. Например, после использования в аппаратах биологической очистки воды на нефтеперерабатывающем заводе является крупнотоннажным отходом.

Отходы могут быть дорогостоящими и дешевыми, в частности, отходы после регенерации катализатора являются дорогостоящими, а шлак после металлургической печи – дешевым.

По влиянию на окружающую среду различают вредные и безвредные отходы.

Прогрессивное развитие индустрии и научно-технический прогресс приводят как к количественному, так и к качественному увеличению потребления минеральных ресурсов. Современный мир из недр Земли ежегодно извлекает до 100 млрд. т. руды, стройматериалов, топлива (4 млрд. т. нефти и газа, 2 млрд. т. угля), рассеивает до 92 млн. т. минеральных удобрений и 2 млн. т. ядохимикатов. В странах СНГ только объем извлекаемой из недр горной массы превысил 20 млрд.тоннв год, однако в хозяйственный оборот вовлекается лишь около трети всего минерального сырья, а на производство готовой продукции расходуется менее 7% добытых полезных ископаемых.

Наиболее важными следствиями таких масштабов потребления минерального сырья и состояния его использования являются прогрессирующее исчерпание ряда видов сырья и топлива, возрастающее накопление твердых отходов и увеличивающееся в связи с этим экономический ущерб народному хозяйству и загрязнение биосферы. В атмосферу выбрасывается более 200 млн. т. оксида углерода, 53 млн. т. оксидов азота, 50 млн. т. углеводородов, 146 млн. т. диоксида серы, 250 млн. т. пыли. В водоемы сбрасывается ежегодно 32 млрд. м неочищенных вод, а в мировой океан – до 10 млн. т. нефти. Порядка 7 млн. га почвы каждый год становится непригодными для земледелия. В Казахстане до 30 млн. га сельскохозяйственных земель засолено, заболочено или подтоплено грунтовыми водами. Многие изменения окружающей среды становятся необратимыми.

Твердые отходы. В нашей стране, как и во всем мире, образуется огромное количество твердых отходов (десятки миллиардов тонн). Отвалы, свалки и полигоны для твердых отходов занимают около 1 млн. га земли. Удаление (транспортирование) отходов и их хранение (устройство и содержание отвалов и шламонакопителей) являются дорогими мероприятиями. На металлургических производствах, ТЭС и углеобогатительных фабриках затраты на них составляют примерно 8 - 30% стоимости производства основной продукции. Между тем в отвалы и шламохранилища ежегодно поступают огромные массы вскрышных пород и отходов обогащения и переработки минерального сырья. В них накоплены десятки миллиардов тонн различных горных пород, более 1,5 млрд. т. золошлаковых отходов ТЭС, 650 млн. т. металлургических шлаков, 400 млн. т. галита, 250 млн. т. фосфогипса и значительные количества других материалов. Твердые отходы содержат много ценных веществ, которые зачастую легче добыть из отходов, чем из первичного сырья. Наряду с этим, уровень оперативной утилизации отходов является низким: в хозяйственный оборот вовлекается только пятая часть шлаков цветной металлургии, 13% золошлаковых отходов и фосфогипса, менее 5 % отходов углеобогащения, что ведет к нарастанию массы складируемых отходов. Кроме того, при сжигании мусора отходы засоряют атмосферу, поверхностную и подземную воду и, конечно, почву.

В соответствии с принятой в нашей стране классификацией (ГОСТ 25916 – 83) твердые отходы подразделяются на отходы производства и потребления.

Основными отходами производства являются:

–    отходы черных и цветных металлов;

–    отходы добычи и обогащения полезных ископаемых;

–    зола, шлаки и углесодержащие отходы;

–    отходы, содержащие пластмассы и полимеры;

–    отходы, содержащие хлопчатобумажные, шерстяные, шелковые и синтетические волокна;

–    отходы, содержащие резину;

–    отходы, содержащие асбест;

–    отходы стекла и строительных материалов;

–    отходы, возникшие при переработке древесины;

–    отходы кожи и меха;

–    отходы пищевых производств;

–    отходы сельскохозяйственного производства.

К основным отходам потребления относятся:

–    изношенные текстильные материалы;

–    макулатура (отходы бумаги и картона, в том числе тара);

–    бой стекла;

–    изношенные резино- и асбестосодержащие изделия;

–    изношенные изделия из пластмасс (в том числе тара);

–    изношенные изделия из кожи;

–    вышедшие из употребления изделия из древесины;

–    металлические амортизированные изделия (в том числе тара);

–    отходы жилищно-коммунальные (в том числе пищевые);

–    твердые продукты, улавливаемые на очистных сооружениях и установках.

Как видно из приведенного перечня, отходами производства являются остатки сырья, материалов и полуфабрикатов, образовавшиеся в процессе производства продукции, утратившие исходные потребительские свойства, а также вещества, улавливаемые при очистке отходящих технологических газов и сточных вод.

Отходами потребления являются изделия и материалы, утратившие потребительские свойства в результате физического или морального износа. К вторичному сырью относятся вторичные материальные ресурсы, которые могут быть использованы в промышленности.

Основными поставщиками твердых отходов (кроме ТБО) являются: энергетика (зола и шлаки, образующиеся при сжигании твердого топлива); черная и цветная металлургия (шлаки, формовочная земля, коксовые остатки); угледобывающая промышленность (отвалы); деревообрабатывающая отрасль хозяйства (опилки, стружки); химическая промышленность (химические вещества в широком ассортименте, в том числе фосфогипс и др.).

По физико-химическим свойствам твердые отходы весьма разнообразны: от очень активных, токсических (соединения мышьяка, фтора, фосфора, ртути) до инертных (мел, гипс, глинозем) веществ.

Помимо промышленных отходов в жилых массивах образуется много твердых бытовых отходов (ТБО). Так, на одного жителя их приходится до

300 кг в год. Проблема ТБО особенно актуальна в больших городах, в том числе Астаны и Алматы.

Твердые бытовые отходы весьма разнообразны по составу: пищевые остатки, бумага, металлолом, резина, стекло. Древесина, ткань, синтетические вещества. Опасные отходы сельского хозяйства: не обустроенные скотомогильники животных, погибших в период эпидемий; остатки ядохимикатов, навозохранилища вносят существенный вклад в загрязнение ОС.

При эксплуатации ТЭЦ и подготовке теплотрасс к отопительному сезону образуются кислые обмывочные воды мазутных котлов, хлоридно-натриевые стоки, токсичные шламы, содержащие тяжелые металлы, в частности, ванадий. При переработке руд цветных редких, благородных и черных металлов образуются отходы самого разнообразного содержания и свойств. При производстве пестицидов имеет место появление термодинамически устойчивых, хорошо растворимых в воде и накапливающихся в организме веществ. Наиболее распространенным компонентом жидких отходов являются нефтепродукты.

Добыча твердых полезных ископаемых (уголь, горючие сланцы, соли, руды, гипс) приводит к разрушению сложившихся веками гидродинамических и геохимических условий, складированию огромных масс горных пород (терриконы, отвалы), содержащих многие токсичные химические элементы и соединения, образуются кислотные поверхностные водотоки. При добыче некоторых металлов широко применяют метод подземного выщелачивания, при котором твердые рудные концентрации растворяют специальными реагентами. Остатки таких реагентов становятся отходами, что может повлиять на качество вод в артезианских бассейнах.

Конечный продукт многих технологических процессов используется человеком нерационально (часто в отходы выбрасывается более 90% основного продукта). Происходит накопление в ОС инертных (неусвояемых) или вредных веществ.

В современных крупных городах со среднеразвитой промышленной инфраструктурой на одного жителя в сутки приходится 0,7 – 0,8 кг мусора, 0,3 – 0,6 кг твердых промышленных отходов, 0,1 – 0,2 кг газообразных и взвешенных отходов от стационарных источников в атмосферу, 0,3 – 0,5 кг – от подвижных источников автомобилей, тепловозов и др. При этом на одного жителя нужно в среднем подавать 0.5 – 0,7 м  воды и обеспечивать сброс сточных вод 0,4 – 0,55 м , подвозить 2 кг продуктов питания и около 10 кг всех видов топлива (в том числе газа, мазута, бензина, угля и т.д.).

Даже примерные цифры говорят не только о сложности управления городским хозяйством, но и о необходимости экологического образования горожан.

Необходимо давать оценку состава, количества и прогнозные предложения по ТПрО. Более детально приходится анализировать отходы заводов электронного оборудования, т.к. в их составе содержится большое количество ценных материалов: до 22,9% меди; 30,1% алюминия и магния; 16,6% железа; 30,1% пластиков; небольшие количества серебра, золота, платины, палладия, рения.

Отрицательное влияние твердых отходов на окружающую среду (ОС) весьма значительно. В населенных пунктах твердые отходы накапливаются на санкционированных (убираемых) свалках, которые состоят на учете санитарно-эпидемиологических служб и закреплены за конкретными предприятиями, организациями и службами. Гораздо более опасными являются несанкционированные (бесконтрольные) свалки, которые, несмотря на штрафные санкции, тем не менее повсеместно возникают.

Анализ состава ТПрО любого предприятия должен предшествовать разработке предложений по утилизации отходов и уменьшению их количества.

Сложившаяся в РК ситуация с твердыми отходами представляет реальную угрозу здоровью населения и отражает одну из сторон экологического кризиса, в котором находится страна. Главной причиной кризиса является сложившаяся в стране за многие десятилетия нерациональная структура хозяйствования, при которой дефицит энергии и материалов восполнялся наращиванием их производства, с одной стороны, и сформировавшимся в обществе потребительским отношением к природе, с другой стороны.

Свойства отходов. При выборе способа утилизации отходов важно знать их химический состав, влажность, теплотворную способность. Растворимость компонентов в воде, плотность и другие характеристики. Все они изменяются в достаточно широком диапазоне в зависимости прежде всего от фракционного состава отходов.

Важнейшей характеристикой отходов является плотность . Низкая первоначальная плотность ограничивает возможности транспортировки твердых отходов и во многом определяет стоимость сбора и перевозки.

Кроме обычной плотности отходов (в рыхлом состоянии), важно знать, как влияет давление сжатия отходов на величину их плотности (т.е. на степень уплотнения). Это компрессионная характеристика твердых отходов. Она очень сильно зависит от состава, абсолютной величины давления сжатия и начальной влажности отходов.

Отходы – важнейшие факторы антропогенного загрязнения. В РК эксплуатируется несколько сотен тысяч км газопроводов, несколько десятков тысяч км нефтепроводов, продуктопроводов, на которых ежегодно происходит десятки тысяч аварий. Срок службы трубопроводов в основном более 25 лет, т.е. после истечения срока они требуют ремонта или вывода из эксплуатации. В стране ежегодно происходит немало разрывов нефте- и газопроводов с выливом миллионов тонн нефти.

 До сих пор взрывчатые вещества и средства воспламенения, смесевые ракетные топлива сжигаются на открытых площадках без использования средств очищения образующихся вредных веществ, в частности, таких, как гремучая ртуть, азид свинца, тринитрорезорцинат свинца, тетразен (взрыватели). Не меньше вреда ОС приносят непрерывные военные конфликты и «умиротворения» последнего времени.

На рисунке 7 приводится массообмен современного промышленного города, в том числе образование твердых отходов.

Рисунок 7 - Массообмен современного промышленного города (т/сутки)

 

4.3 Методы обезвреживания отходов, утилизация промышленных отходов. Требования к хранилищам отходов.

Использование и переработка промышленных отходов. Количество накопленных и ежегодно образующихся крупнотоннажных промышленных отходов исчисляется миллиардами тонн. Поэтому проблема их использования и переработки является чрезвычайно важной. Методы очистки (обеззараживания, обезвреживания) отходов применяются с давних пор. К настоящему времени разработано достаточное количество способов переработки отходов.

Так, крупнотоннажные промышленные отходы используются в настоящее время для рекультивации нарушенных земель, планировки территорий, отсыпки дорог, дамб, в производстве строительных материалов, в сельском хозяйстве, а также в качестве технологического и бытового топлива.

Кроме того, почти для всех видов отходов разрабатываются новые технологии переработки в целях получения того или иного вида продукции.

Применение крупнотоннажных отходов для рекультивации земель.

Ежегодно в нашей стране образуется около 2 млрд. т. вскрышных пород – отходов угледобывающей промышленности и добычи руд для черной и цветной металлургии. В настоящее время использование этих отходов незначительно – около 10% от их объема. Однако в дальнейшем этот показатель будет значительно увеличиваться, так как использование вскрышных пород очень выгодно: эксплуатационные затраты на получение

1 м  щебня из отходов в 2- 2,5 раза ниже, чем на добычу его из карьеров. Рекультивация нарушенных земель является обязанностью горнодобывающих предприятий и закреплена за ними законодательно.

Применение отходов в производстве строительных материалов. Как показывает отечественный и зарубежный опыт, это единственная отрасль, которая уже сейчас способна использовать целый ряд многотоннажных отходов и побочных продуктов других отраслей (химической, производства минеральных удобрений, черной и цветной металлургии, гальванического производства и др.). Многие виды промышленных отходов по своим свойствам и химическому составу близки к природному сырью, используемому в данной отрасли, и могут служить его полноценной и недорогой заменой. Примером может служить использование отходов энергетики – золы и шлаков ТЭЦ.

Зола и шлаки ТЭЦ представляют собой источник сырьевых ресурсов для производства строительных материалов. Они содержат 53% SiO , 24% Al O , 10% Fe O и FeO, 2% CaO, 1% MgO, 4% оксидов щелочных металлов и 6% несгоревшего топлива.

В первую очередь целесообразно применять отходы углеобогащения, золу и шлаки ТЭЦ, доменные шлаки черной металлургии, бой керамического кирпича.

Отходы угледобывающей, лесной и деревообрабатывающей промышленности, а также биогаз, получаемый при захоронении мусора нашли применение в сельском хозяйстве. Некоторые крупнотоннажные отходы (фосфогипс, пиритные огарки, отходы производства калийных удобрений), например, фосфогипс (отход производства фосфорной кислоты из фосфатного сырья) применяются для мелиорации солонцовых почв, а также как удобрение, содержащее многие ценные элементы (Ca, S, P, Fe, Al, Mg, органические вещества); пиритный огарок (отход процесса обжига колчедана) используется в качестве медьсодержащего удобрения; глинистые шламы и пыль, образующиеся при производстве хлорида калия, применяются как удобрение, содержащее калий и различные микроэлементы.

Использование отходов в сельском хозяйстве имеет свои сложности, поскольку, наряду с полезными элементами, они содержат и вредные примеси. Так, в фосфогипс переходит некоторое количество фтора из исходного апатита. В пиритных огарках в зависимости от состава исходного сырья могут присутствовать тяжелые металлы, мышьяк, селен.

Обезвреживание и захоронение токсичных промышленных отходов являются экологической необходимостью. Это сложное дело, требующее больших капитальных и эксплуатационных затрат. В развитых странах количество токсичных отходов на одного человека в год составляет 70 кг, а стоимость обезвреживания одной тонны – 500 долл. США. Обезвреживание и захоронение производятся на специальных полигонах, которые предусматриваются при разработке планов и проектов территорий, расположенных вблизи крупных городов.

Строительство полигонов должно производиться на основе долевого участия предприятий и организаций, где имеются отходы. Заказчиком полигона является предприятие, отходы которого требуют наибольших затрат на обезвреживание и захоронение. Построенные полигоны передаются для эксплуатации соответствующим коммунальным хозяйствам. К сожалению, проценты использования отходов, особенно их полного обезвреживания, в настоящее время крайне низки.

Строительство и эксплуатация полигонов осуществляются в соответствии с «Санитарными правилами проектирования, строительства и эксплуатации полигонов захоронения неутилизируемых отходов» и санитарными нормами и правилами (СНиП 1.02.28 – 85) «Основные положения по составу проекта полигона по обезвреживанию и захоронению токсичных промышленных отходов».

Полигон – природоохранное сооружение для централизованного сбора, обезвреживания отходов, обеспечивающее защиту от загрязнения атмосферы, почв, поверхностных и грунтовых вод, препятствующее распространению болезнетворных микроорганизмов. Полигоны для токсичных ТПрО (I и II класса опасности) имеют такие же санитарные ограничения и такой же размер СЗЗ, как и свалки. Полигоны ТБО, не принимающие навоз и фекалии, приравниваются к санитарным объектам III класса и имеют СЗЗ не менее 0,3 км. Центральные полигоны ТБО, принимающие нечистоты населенного пункта, являются объектами II класса с СЗЗ – не менее 0,5 км. На полигоны ТБО могут приниматься нетоксичные ТПрО, по согласованию – специальный перечень токсичных ТПрО IV и III класса опасности.

Основные особенности полигонов:

–    уплотнение отходов, позволяющее увеличить нагрузку на единицу площади;

–    послойное укрытие отходов;

–    меры по предотвращению проникновения сточных вод полигона в почву и подземные воды;

–    сбор биогаза (при необходимости).

Работы на полигонах полностью механизированы, а после их закрытия производится рекультивация участка. На рисунке 8 приведен пример горизонтальной планировки полигонов.

 

 

а – при соотношении длины и ширины менее 1:2; б – то же, более 1:3;

1 – подъездная дорога; 2 – хозяйственная зона; 3 – нагорная канава;

4 – забор; 5 – зеленая зона; 6 – грунт для изолирующих слоев;

7 – площадки складирования отходов I, II и III очереди эксплуатации

Рисунок 8 - Примеры горизонтальной планировки полигонов

В таблице 12 представлена гигиеническая классификация неутилизируемых промышленных отходов.

При совместном хранении на полигонах бытовых и промышленных отходов, последние в основном используются для устройства слоев промежуточной изоляции.

Главным направлением в устранении вредного воздействия на окружающую среду промышленных, в том числе токсичных отходов является их использование в производственных циклах, т. е. организация малоотход­ных производств. Однако в ряде случаев для нейтрали­зации промышленных отходов приходится устраивать специальные сооружения.

Таблица 12 – Гигиеническая классификация неутилизируемых промышленных отходов

Некоторые виды твердых промышленных отходов вследствие их токсичности необходимо обезвреживать на специальных сооружениях (таблица 13).

Эти сооружения могут находиться в ведении пред­приятия, дающего токсичные отходы, и располагаться, в частности, на его территории. Токсичные промышлен­ные отходы могут также складироваться, перерабаты­ваться и нейтрализоваться централизованно на полиго­нах и станциях переработки и нейтрализации.

Таблица 13 – Основные виды твердых и шламообразных токсичных промышленных отходов, подлежащих обезвреживанию на специальных сооружениях.[1]

Отходы	Вредные вещества, содержащиеся в отходах
Отрасли химической промышленности Хлорная
Графитовый шлам (производства синтетического каучука, хлора, каустика)	Ртуть
Метанол (отходы производства оргстекла)	Метанол
Шламы (производства солей монохлоруксусной кислоты)	Гексахлоран, метанол, трихлорбензол
Бумажные мешки	ДДТ, уротропин, цинеб, трихлорфенолят меди, тиурам-Д
Шламы (производства трихлорфенолята меди)	Трихлорфенол
Отработанные катализаторы пластполимеров	Бензол, дихлорэтан
Коагулюм и омегаполимеры	Хлоропрен
Осмолы трихлорбензола (производства удобрений)	Гексахлорен, тирхлорбензол
Производство хромовых соединений
Шлам (производства монохромата натрия)	Шестивалентный хром
Хлористый натрий (производства биохромата калия)	То же
Содовая
Цинковая изгарь	Цинк
Искусственное волокно
Шламы	Диметилтерефталат, терефталевая кислота, цинк, медь
Отходы фильтрации	Капролактам
Отходы установки метанолиза	Метанол
Лакокрасочная
Пленки лаков и эмалей (отходы при очистке оборудования)	Цинк, хром, растворители, окисленные масла
Шламы	Цинк, магниты
Химико-фотографическая
Отходы производства гипосульфита	Фенол
Отходы производства сульфита безводного	Фенол
Отходы магнитного лака, коллодия, красок	Бутилацетат, толуол, дихлорэтан, метанол

Продолжение таблицы 13

Отходы	Вредные вещества, содержащиеся в отходах
Пластмассы
Заполимезировавшаяся смола	Фенол
Азотная
Шлам с установки очистки коксового газа	Канцерогенные вещества
Отработанные масла цеха синтеза и компрессии	То же
Кубовый остаток от разгонки моноэтаноламина	Моноэтаноламин
Нефтеперерабатывающая и нефтехимическая промышленность
Алюмосиликатный адсорбент от очистки масел, парафина	Хром, кобальт
Кислые гудроны с содержанием серной кислоты более 30%	Серная кислота
Фусы и фусосмольные остатки получения кокса и газификация полукокса	Фенол
Железохромный катализатор КМС 482 (производства стиролов)	Хром
Отработанная глина	Масла
Отходы процесса фильтрации с установок алкилфенольных присадок	Цинк
Отработанные катализаторы К-16, К-22, КНФ	Хром
Машиностроение
Осадок хромсодержащих стоков	Хром
Осадок цианистых стоков	Циан
Стержневые смеси на органическом связующем	Хром
Осадок после вакуум-фильтров станций нейтрализации гальванических цехов	Цинк, хром, никель, кадмий, свинец, медь, хлорофос, тиокол
Медицинская промышленность
Отходы производства синтомицина	Бром, дихлорэтан, метанол
Цветная металлургия
Отходы обогащения и шламы	Соли тяжелых металлов

Организуют специаль­ные полигоны двух видов: для обезврежива­ния одного вида отходов только захоронением или хи­мическим способом, а также комплексные. В последнем случае территорию полигонов разделяют на зоны прие­ма и захоронения твердых несгораемых отходов, приема и захоронения жидких химических отходов и осадков сточных вод, не подлежащих утилизации, захоронения особо вредных отходов, огневого уничтожения горючих отходов.

Одной из актуальных проблем является проблема безопасного удаления и захоронения ра­диоактивных отходов, которая полностью не решена. Более разработанным считается метод подземного захоронения жидких радиоактивных отходов между водоупорными слоями (СНГ) и в виде цементной пульпы в расслаи­вающиеся горные породы (США).

Утилизация отходов, виды утилизации. Выбор метода утилизации отходов достаточно сложен. Для токсичных ТПрО эта задача решается индивидуально на конкретных предприятиях: переработкой и размещением на месте, размещением на полигонах, сжиганием или переработкой на специализированных заводах. Используется значительное число технологий по утилизации отходов.

Сжигание твердых отходов в кострах или примитив­ных печах нельзя считать целесообразным, так как при этом загрязняется воздушная среда и не используется образующаяся тепловая энергия. Оно может быть оправдано при сжигании в специальных печах специфи­ческих больничных отходов, которые удаляются и обез­вреживаются отдельно от бытовых. Однако при исполь­зовании тепловой энергии и очистке уходящих газов сжигание твердых отходов является целесообразным, Этот процесс происходит на мусоросжигательных станциях (заводах) — рисунок 6.5, имеющих паровые или водо­грейные котлы со специальными топками, например, с расположенными наклонно вращающимися палками колосниковой решетки (рисунок 6.6). Температура в топке должна быть не менее 1000°С, для того чтобы сгорали все дурнопахнущие примеси газов и не происходило бы зашлаковывания колосников. Перед выходом в ды­мовую трубу газы необходимо очищать, например, с по­мощью электрических фильтров. Металлический лом отделяют от шлака электромагнитным сепаратором.

При совместном сжигании бытовых и промышлен­ных отходов (в том числе в илистых и пастообразных консистенциях) следует учитывать удельную теплоту сгорания, зольность, взрывоопасность, температуру воспламенения, плавления и другие показатели, причем в каждом случае рекомендуется составлять топливный план с указанием доз промышленных отходов и свойств отдельных компонентов.

Применение сжигания или компостирования для обезвреживания отходов зависит от местных условий. Очевидно, компостировать отходы целесообразнее в Нечерноземных районах. Однако из-за больших капита­ловложеиий, связанных со строительством мусороперерабатывающих заводов и мусоросжигательных станций, в ближайшие годы в них в общей сложности будут обезвреживать в СНГ не более 5—10% твердых отходов. Переработка отходов на компост и сжигание их с использованием получающейся теплоты является, по существу, завершением безотходного процесса.

В последние годы в разных странах появилось мно­го новых предложений и исследований, направленных на использование твердых бытовых отходов.

Термические технологии применимы для утилизации любых видов твердых, растворимых, жидких и газообразных отходов. Суть метода заключается в термической обработке материалов высокотемпературным теплоносителем, т.е. продуктами сгорания топлива (плазменная струя, расплав металла или окисла, СВЧ нагревом отходов) контактным или бесконтактным способом. Продукты терморазложения подвергаются окислению или другим химическим воздействиям с образованием нетоксичных газообразных, жидких или твердых продуктов. Термический метод обычно состоит из стадий:

–    предварительная, в том числе реагентная обработка;

–    высокотемпературная обработка и обеззараживание;

–    многоступенчатая очистка газов;

–    теплоиспользование;

–    получение побочных органических (газ, топливо) или минеральных продуктов (оксиды, цемент, минеральные соли).

Термический метод позволяет обезвреживать любые химические соединения при высоких температурах (выше 3000К) в окислительном или восстановительном режиме с подачей воздуха, кислорода, водорода или других газов, т.е. имеется возможность регулировать параметры обеззараживания любого вещества (соединения), в том числе и химического оружия. Таким образом, токсичные вещества I и II класса опасности, т.е. органические вещества, пестициды, диоксины, можно обезвредить только плазменным методом со степенью переработки до 99,9999%. Плазмохимический метод предпочтительно применять для обезвреживания трудногорючих и негорючих соединений.

Принцип работы плазмохимической установки: в струю низкотемпературной плазмы (более 3000К) подается исходное вещество в жидком, пастообразном или порошковом виде. Оно в реакторе разлагается до атомов, молекул и ионов. Плазмообразующий (водород, азот, кислород) газ обеспечивает появление окислов, соединений галогенов с водородом, нейтральных молекул и атомов, т.е. термодинамическими параметрами процесса. Необходимо четко представлять, что, в отличие от сжигания отходов в топке (в смеси с топочными газами и воздухом), плазменный процесс строго регулируется по давлению, температуре и составу газа. При этом одним из условий процесса является закалка газа, т.е. резкое уменьшение до 1000К в секунду температуры газа, чтобы не допустить вторичного оборудования нежелательных соединений. Для уничтожения 1 кг отходов необходимо затратить до 3 кВт ч. энергии.

Появились технологии, при которых плазмохимический процесс обезвреживания отходов осуществляется с использованием ванны расплава (металла, оксида), через которую проходят образующиеся при терморазложении газы. Их недостаток – неудовлетворительная экологическая безопасность.

Термические технологии дают твердые отходы в малых объемах и позволяют использовать вторичное тепло для коммунальных нужд. Они имеют большую энергоемкость на единицу перерабатываемых отходов. Примером термического процесса может служить электрофизическая технология полной переработки железной стружки, опилок, чугунной дроби. В результате получаются железно-окисные пигменты (железный сурик), т.е. товарный продукт, имеющий широкое применение. Технология реализует плазмохимический способ получения высокодисперсных оксидов металлов, основанный на плазменной переработке диспергированного сырья. Электроэрозионное диспергирование в зернистом слое ведет к разрушению металлических гранул под воздействием импульсного тока с образованием частиц металла размером 700 – 1000А, обладающих высокой реакционной способностью и легко доокисляющихся с образованием оксидов и гидроксидов. Кроме получения пигментов, отходы других металлов могут перерабатываться в сырье для керамики, в адсорбенты, теплоизоляционные материалы.

Не менее перспективным является направление термического безокислительного пиролиза. Пиролиз – термохимический процесс, в котором происходит разложение органической части отходов и получение полезных продуктов под действием высокой температуры в специальных реакторах. Его преимуществом является получение технологического газа или минерального продукта – сорбента. Полученный газ может быть использован для технологических и бытовых целей, при этом обеспечивается значительное уменьшение объема твердого остатка, экологическая чистота и безопасность процесса.

Существуют следующие разновидности метода: окислительный пиролиз с последующим сжиганием пиролизных газов и сухой пиролиз.

Окислительный пиролиз – это процесс термического разложения органической части отходов при их частичном сжигании или непосредственном контакте с продуктами сгорания топлива. Газообразные продукты разложения отходов смешиваются с продуктами сгорания топлива или части отходов, поэтому на выходе из реактора они имеют низкую теплоту сгорания, но повышенную температуру. Затем смесь газов сжигают в обычных топочных устройствах. В процессе окислительного пиролиза образуется твердый углеродистый остаток (кокс), который в дальнейшем можно использовать в качестве твердого топлива или в других целях.

Сухой пиролиз – это метод термической переработки отходов, обеспечивающий их высокоэффективное обезвреживание и использование в качестве топлива и химического сырья, что способствует созданию малоотходных технологий. Под сухим пиролизом понимают процесс термического разложения отходов твердого или жидкого топлива без доступа кислорода. В результате сухого пиролиза отходов образуются пиролизный газ с высокой теплотой сгорания, жидкие продукты и твердый углеродистый остаток.

Использование мощного СВЧ нагрева снижает энергопотребление на единицу объема перерабатываемого вещества, что позволяет разработать передвижные комплексы для переработки токсичных отходов.

Физико-химические технологии переработки отходов не обладают универсальностью, они позволяют использовать отходы как сырье для получения полезного продукта, например, из использованных автомобильных шин, полимерных материалов. Возможна переработка отходов в удобрения, строительные и дорожные материалы, керамику. При этом используется индивидуальный подход в выборе технологии. В настоящее время остро стоит вопрос создания безотходных и малоотходных технологий, легко разлагающихся (под воздействием определенных веществ) упаковочных и тарных материалов.

Наиболее перспективным процессом обезвреживания и переработки отходов является биотехнология. Живые компоненты биоты земли за миллиарды лет переработали неживую геосферу, атмосферу, превратив все это в биосферу. Созданные природой микроорганизмы методами генетической биологии приспосабливаются учеными для выполнения новых функций.

Большую перспективу имеет переработка бытовых отходов после их сортировки. Переработка тонны органического остатка ТБО может дать

500 м биогаза, содержащего до 70% метана и окиси углерода с теплотворной способностью до 6000 ккал/ м . Живые компоненты биоты имеют энергетический КПД неизмеримо выше, чем в технических системах, выполняющих те же функции. Например, бактерия Thiobacillus ferroxydans выщелачивает железо, медь, цинк, окисляя их серной кислотой (кислоту вырабатывает сама бактерия из сульфида металла). Грибная биомасса может концентрировать из раствора свинец, цинк, ртуть, никель, кобальт, золото. Есть группа бактерий, очищающих сточные воды от нефтепродуктов.

Биотехнология используется при производстве белковых продуктов из древесины, нефтяных парафинов, метилового и этилового (технических) спиртов, природного газа и даже из водорода.

К недостаткам биотехнологий можно отнести лишь медленное протекание процессов, что их удорожает.

Существующие системы утилизации недостаточно отвечают современным требованиям эпидемической и экологической безопасности, хотя обнадеживает опыт Германии, США, Испании, а также Японии и России, где добились успехов в сортировке, прессовании и брикетировании отходов. В Швейцарии разработан метод прессования строительных плит, получаемых из перера­ботанных твердых бытовых отходов. По данным фирмы «Йетцер Инжиниринг АГ», эти плиты по сравнению с древесностружечными обладают большей поверхност­ной твердостью и огнестойкостью. B Японии, в г. Химамацу, имеется завод по производству из твердых бытовых отходов строительных блоков, которые, однако, в строительстве еще не нашли широкого применения. В США разрабатывается новое оборудование, предназначенное для использования бытовых отходов, так как 134 млн. т. ежегодно выбрасываемого мусора содержат 11,3 млн. т. железа, 860 тыс. т. алюминия, 430 тыс. т. других металлов (главным образом меди), более 13 млн. т. стекла, более 60 млн. т. бумаги и такое коли­чество органических материалов, которое при сжигании даст тепловую энергию, эквивалентную энергии, получаемой при сжигании более 20 млн. т. нефти. Для извлечения из отходов алюминия создан магнит, притя­гивающий этот временно намагничивающийся металл при прохождении через электрическое поле. Разработан аппарат для отсортировки стекла, который затем ис­пользуется для производства стеклоасфальта (материа­ла для покрытия дорог) и для изготовления (в смеси с портландцементом) строительных панелей и блоков. Из смеси 90% размельченного стекла и 10% синтетического полимера изготовляют канализационные трубы, обладающие более высокой коррозионной стойкостью, чем керамические или бетонные. Измельченные в порошок пластиковые бутылки были использованы при изготовлении бетона для моста, выстроенного в г. Элджине, причем пластик заменил ¹/₃ песка. В Глазго (Великобритании) в лабораторных условиях разработан метод получения из твердых бытовых отходов эти­лового спирта. Ведутся эксперименты по сознанию небольших источников электрической энергии, получаемой из твердых бытовых и промышленных отходов в про­цессе, напоминающем работу гальванических элемен­тов, в котором последние заменены элементами в виде биохимических камер.

В последние годы большое внимание уделяется брикетированию отходов – прессованию их в крупные блоки, которые затем депонируются, сжигаются или используются при строительстве. Брикетирование с целью сжигания и строительства требует предварительной сортировки, а для депонирования – чаще всего лишь удаление особо крупных отходов. Этот опыт свидетельствует о следующем:

–    увеличивается срок действия полигона (по сравнению с засыпкой) в 2…3 раза;

–    облегчается эксплуатация (брикеты складываются как кирпичи);

–    исключается ветровой разнос мусора;

–    не привлекаются грызуны, мухи и птицы;

–    нет пожарной опасности;

–    просачивание воды внутрь брикетов практически не происходит;

–    выделение газов пренебрежимо мало.

При обеззараживании стоков часто целесообразно применять физические методы: термические, радиационные, электрогидравлический удар, электрофотокоагуляцию, токи высокой частоты, высокое напряжение, а отходы и трупы животных, зараженные возбудителями контагенозных заболеваний (сибирская язва, паратуберкулезный энтерит, сап, бешенство, чума), сжигают или захоранивают на скотомогильниках. Это наиболее надежная мера уничтожения стойких возбудителей болезней. Недостатком метода являются огромные затраты энергии. Приготовление из зараженных отходов брикетов и их сушка недопустимы из-за опасности рассеивания возбудителей инфекции в окружающей среде, особенно в атмосфере.

При кооперировании и комбиниро­вании сокращаются экономические издержки производства, а главное достигается комплексность использования сырья. Динамика их развития может быть представлена следующим образом (рисунок 9).

Рисунок 9 - Развитие ресурсного цикла

Таким образом, ресурсные циклы будут постепенно преобразо­вываться (трансформироваться) на основе тех же принципов, что и естественные циклы - взаимосвязи и замкнутости. Данная органи­зация ресурсных циклов получила название безотходных произ­водств, понимаемых как совокупность технологических процессов, из которых отходы одних используются в качестве сырья для других, что обеспечивает их полную утилизацию. Реальным же, на наш взгляд, является переход к малоотходным производствам, характе­ризующимся максимально возможной утилизацией выбросов.

Различают две основные проблемы охраны природы глобального масштаба, от решения которых зависит дальнейшее развитие цивилизации:

)          охрана от истощения природных ресурсов, необходимых для существования общества. Проблему можно решить рациональным и экономным природопользованием или развитием производительных сил самой природы, восстановлением и умножением необходимых естественных ресурсов, т.е. преобразованием природы (активная охрана);

)          охрана от загрязнений отбросами производства самой ОС, т.е. сохранение ее качества в установившемся первозданном виде, удовлетворяющем потребности материальные, здоровья, эстетики и отдыха людей.

5 Экономические основы охраны окружающей среды

В Республике Казахстан предприятия вносят платежи в виде общегосударственных, местных налогов и сборов, а также специальных платежей и налогов за пользование природными ресурсами; взимается плата за загрязнение окружающей среды (атмосфера, сточные воды, отходы), за нарушение порядка пользования природными ресурсами и сверхнормативное загрязнение окружающей среды введены штрафные санкции. Ставки платежей за загрязнение окружающей среды устанавливаются акимами областей. Платежи производятся по следующим позициям. При загрязнении атмосферного воздуха автомобильными, железнодорожными и другими видами транспорта нормативы платы устанавливаются за одну тонну расходуемого топлива, причем размер ставок для экологически чистых видов топлива значительно ниже. При загрязнении атмосферы стационарными источниками выбросов размер платы устанавливается за одну условную тонну загрязняющих веществ.

За сброс загрязняющих веществ в водные объекты размер платы также устанавливается на одну условную тонну загрязняющих веществ и уменьшается при сбросе сточных вод в биопруды, на поля фильтрации и др. объекты естественной биологической очистки.

За размещение (хранение, захоронение) отходов и сброс сточных вод на  отведенные для этого территории плата взимается в зависимости от типа отходов и занимаемой площади.

Финансирование природоохранных мероприятий осуществляется за счет республиканского и местных бюджетов, средств фондов охраны окружающей среды, средств экологического страхования, собственных средств природопользователей, добровольных взносов и пожертвований юридических и физических лиц, а также иных источников, не запрещенных законодательством Республики Казахстан.

Таким образом, возмещается ущерб, причиненный загрязнением окружающей среды и нерациональным использованием природных ресурсов. Тем не менее очевидно, что трудно оценить размеры истинного экологического ущерба и тем более возместить его денежными средствами  даже за счет очень больших штрафов.

5.1 Оценка ущерба от загрязнения окружающей среды и экономический  эффект от предупреждения антропогенных воздействий

Под экологическим ущербом, наносимым обществу загрязнением окружающей среды, подразумевают возможные или фактические потери, возникающие в результате негативных изменений в природной среде вследствие антропогенного воздействия. Различают следующие виды экологических ущербов: моральный, эстетический, социальный, биосферный, социально-экономический и экономический. Такие виды экологических ущербов, как моральный   от неудовлетворенности людей качеством природной среды и эстетический от деградации ландшафтов, вообще не поддаются оценке.

В условно-балльных единицах измерения выражают, как правило, социальный и биосферный ущербы, в связи с тем, что они трудно поддаются количественной оценке. К социальному ущербу относят патологические изменения в организмах людей. К биосферному - необратимые разрушения уникальных систем, исчезновения в биосфере. В денежных единицах обычно выражают экономический и социально-экономический ущербы. К социально-экономическому ущербу относят потери вследствие миграции населения, резкого ухудшения окружающей среды, дополнительные затраты на здравоохранение, социальное обеспечение и отдых в связи с ростом заболеваемости людей, затраты на сохранение местных рекреационных ресурсов. Под экономическим ущербом подразумеваются выраженные в стоимостной форме возможные и фактические убытки, потери природных ресурсов и отрицательные изменения в окружающей среде, возникающие в результате антропогенной деятельности, а также трудовые и материальные затраты, необходимые для компенсации этих убытков и потерь.

Существует большое число разновидностей экономического ущерба:

а) потери сырьевых, материальных, топливно-энергетических ресурсов при их добыче, обработке (обогащении) и потреблении (вскрышные и боковые породы, технологические выбросы, попутные и остаточные продукты, отходы);

б) потери вследствие недопущения промышленной и сельскохозяйственной продукции от снижения производительности труда и невыходов на работу;

в) потери за счет снижения продуктивности почв, растительного и животного мира;

г) затраты на ликвидацию последствий от загрязнений и нерационального природопользования, на восстановление разрушенных экосистем и поддержания в них равновесия;

д) расходы на ремонт и восстановление зданий и сооружений вследствие сокращения их срока службы из-за загрязнения окружающей среды или на создание новых зданий и сооружений, вводимых взамен разрушенных.

Экономический ущерб может быть прямым или косвенным. Прямой представляет собой непосредственные потери природной среды и затраты на ликвидацию отрицательных последствий в денежном выражении. Косвенный - отраженные в стоимостных показателях потери и затраты, вызванные ухудшением окружающей среды.

Экономический ущерб может проявляться как в производственной, так и в непроизводственной сферах. При этом в отраслях материального производства (промышленность, транспорт, сельское, водное и лесное хозяйства) он представляет собой недополученный обществом национальный доход, а в непроизводственной сфере (здравоохранение и жилищно-коммунальное хозяйство) - дополнительные затраты из фондов потребления и накопления.

Таким образом, в связи с вышесказанным в интегральных размерах экономического ущерба должны отражаться:

– безвозвратные потери национального дохода;

– вынужденные затраты на покрытие «недополученных» природных ресурсов;

– расходы на устранение отрицательных для природной среды и здоровья людей последствий хозяйственной деятельности.

На практике для оценки экономического ущерба в основном применяются стоимостные показатели, однако в некоторых случаях применяется оценка в натуральных показателях.

Интегральный размер экономического ущерба - У, ежегодно причиняемого обществу в результате нерационального природопользования определяется как сумма частных экономических ущербов, тыс. тенге, причиняемых различными отраслями народного хозяйства в данном регионе /9/

 тенге/год,

где У₁ - экономический ущерб, причиняемый сельскому хозяйству (потери потенциально возможного урожая, транспортные расходы по доставке и т.д.);

У₂ - населению (оплата медицинского обслуживания и лечебных отпусков, компенсации от невыходов на работу и т.д.);

У₃ - водному хозяйству (потери от потенциально возможного вылова рыбы, затраты на очистку водоемов и обеспечение населения питьевой водой);

У₄ - лесному хозяйству (потери древесины, ягод, грибов, трав, животных и т.д.);

У₅ - коммунально-бытовому хозяйству (затраты на содержание и ремонт зданий, уборку территории, пошив и замену рабочей одежды, расходы на транспорт и т.д.);

У₆ - другим отраслям народного хозяйства.

В связи с тем что интегральный размер экономического ущерба зависит от уровня уже существующего загрязнения окружающей среды, количества вовлекаемых в хозяйственный оборот природных ресурсов и неиспользованных побочных попутных продуктов, токсичности технологических выбросов и концентраций вредных для биосферы веществ, то его расчеты проводятся при экологической экспертизе как при планировании и проектировании различных мероприятий, связанных с использованием окружающей среды, так и при анализе уже принятых мер или оценке конечных результатов какой-либо хозяйственной деятельности, поэтому различают возможный Ув, предотвращенный Уп и фактический У_ф экономические ущербы.

При проведении экологической экспертизы на стадии проектирования предприятия важнейшим условием его строительства является минимум возможного для данной производственной ситуации экономического ущерба, который складывается из суммы дополнительных затрат, необходимых для воспроизводства или восстановления утраченных качеств природной среды

 У_в = Ц + П _в ,

где Ц - стоимость вовлекаемых в оборот природных ресурсов, которые не будут использоваться в других целях, тыс. тенге;

 П_в - возможные потери природопользования в результате недоиспользования природных ресурсов и загрязнения окружающей среды, тыс. тенге.

Фактический ущерб

 У_ф = Ц + П _ф

где П_ф — фактические потери природопользователя после проведения природоохранных мероприятий.

Зная У_в и У _ф  можно рассчитать предотвращенный экономический ущерб в результате реализации природоохранных мероприятий

 У = У_в – У _ф = У _в – П _ф

Таким образом, предотвращенный экономический ущерб - это эффект от проведения мероприятий по ликвидации и ограничению негативных воздействий хозяйственной деятельности на окружающую среду.

С развитием малоотходных технологий и производств, а в дальнейшем комбинированных территориально-производственных комплексов многие вредоносные продукты хозяйственной деятельности могут быть не только уловлены и утилизированы, но и использованы для получения продукции, т.е. для получения дохода Д. Поэтому при определении экономического эффекта, полученного в результате рационального природопользования, необходимо учитывать не только предотвращение нежелательных попаданий в окружающую среду, но и их рациональное использование.

Экономический результат от внедрения природоохранных мероприятий и рационального природопользования Р может быть определен как сумма экономических результатов двух его важнейших направлений -комплексного ресурсопотребления и природоохранной деятельности

Р = Р _{п о} - Р _{к р} ,

где Р _{п о} - экономический результат природозащитных мероприятий, тыс. тенге;

Р_кр - экономические результаты рационального ресурсопотребления и утилитарного использования рабочих и остаточных отходов материального производства, тыс. тенге.

Поскольку экономические результаты природозащитных мероприятий представляют собой уже известный предотвращенный экономический ущерб У , а экономические результаты рационального ресурсопотребления и утилитарного использования побочных и остаточных отходов материального производства - дополнительный доход предприятия в результате улучшения экономических показателей и их производственной деятельности Д, то можно записать

Р = У + Д.

Однако в связи с тем что при рыночных отношениях предприятия должны вносить в государственный бюджет установленные платежи из образовавшейся прибыли за пользование природными ресурсами, за свой счет проводить природоохранные мероприятия и возмещать ущерб, причиненный загрязнением окружающей среды, то формула для определения экономического результата интенсивного природопользования имеет вид

Р = У_п + Д – З,

где З - затраты предприятий, направляемые на возмещение причиненного обществу экономического ушерба, тыс. тенге.

Такими затратами могут быть:

–    затраты на право пользования природными ресурсами;

–    затраты на предотвращение вредных влияний материального производства на окружающую среду и образование новых производственных отходов;

–    затраты на утилизацию ранее образовавшихся отходов и устранение негативных последствий хозяйственной деятельности;

–    затраты на возобновление использованных природных ресурсов, восстановление нарушенной природной среды и возмещение невосполнимых потерь природы и общества.

Эти затраты не являются однородными ни по характеру осуществления, ни по своему конечному назначению, так как в одних случаях играет роль платежей за природные ресурсы ПР, в других выступают как текущие производственные затраты С, в третьих - как капитальные вложения К.

В условиях рынка для определения наилучшего варианта экономической эффективности рационального природопользования необходимо использовать вариант с минимумом приведенных затрат, включающих не только соответствующие текущие единовременные (капитальные) затраты, но и стоимость используемых природных ресурсов, тогда

З = ПР + С + Е_н К

или

3 = ПР + Т_нС + К ,

где Е_н - нормативный коэффициент капитальных вложений;

Т_н - нормативный срок окупаемости капитальных вложений.

Сравнивая приведенные затраты по нескольким вариантам, выбирают вариант с минимальными затратами.

В общем виде размер полного экономического эффекта Э^и_ип будет исчисляться суммой экономических результатов предприятий, которые расположены в заданном регионе или входят в данный территориальный производственный комплекс

Э^и_ип = (УП + Д - З).

Из приведенных формул видно, что только общее усилие природозащитных мер позволяет снизить затраты на возмещение ущербов, а рациональное потребление природных ресурсов и расширение использования побочных, попутных и остаточных продуктов на основе безотходных и малоотходных технологий, снижение материальных затрат дают возможность окупить вносимую в бюджет плату за природные ресурсы и, таким образом, увеличивают экономический эффект при неизменном или даже сокращающемся объеме потребления природных ресурсов. Кроме того, в денежном выражении можно вычислить социальный результат интенсивного природопользования, в который входят снижение затрат по линии социального страхования, по больничным листам и расходам на медицинское обслуживание, а также сокращение потерь национального дохода, связанных с недопроизводством продукции из-за большого числа профессиональных заболеваний. Экономические результаты интенсивного природопользования могут суммироваться с экономическими показателями его социальных результатов и фигурировать в качестве полного экономического эффекта.

Экономический результат природоохранных мероприятий при расчете чистого экономического эффекта складывается из следующих величин:

а) экономического ущерба от загрязнения окружающей среды (т.е. предотвращенных благодаря снижению загрязнения окружающей среды, затрат в материальном производстве, непроизводственной сфере и соответствующих расходов населения);

б) прироста экономической денежной оценки природных ресурсов, сберегаемых благодаря осуществлению природоохранного мероприятия;

в) прироста экономической денежной оценки реализуемой продукции, полученной благодаря полной утилизации сырьевых, топливно-энергетических и др. материальных ресурсов в результате осуществления природоохранного мероприятия.

Экономический результат от внедрения природоохранных мероприятий Р (млн. тенге/год) можно выразить в виде суммы предотвращенного экономического ущерба П, дохода предприятия от использования побочных и остаточных отходов Д за вычетом затрат на природоохранные мероприятия З

В общем виде величина предотвращенного экономического ущерба П равна разности между расчетными величинами ущерба, который имел место до осуществления природоохранных мероприятий У_в и остаточного ущерба после проведения этого мероприятия У_Ф

Величину чистого дохода предприятия от использования отходов можно найти из выражения:

где Ц - цена 1 тонны использованных или реализованных отходов, полученных в результате введения очистных сооружений млн. тг.;

Q - количество использованных отходов, т.

Годовые приведенные затраты З, млн. тг.

где С_о6 - суммарные эксплуатационные расходы на содержание очистных сооружений, млн.тг./год;

 К - капитальные затраты на очистные сооружения, млн. тг;

 Е_н - нормативный коэффициент экономической эффективности капитальных вложений, принимается равным 0,15 тг/тг затрат.

Суммарные эксплуатационные расходы С_о6 можно вычислить, зная удельную стоимость очистки Сi, уловленного i - ого вредного вещества или стоимость очистки 1 м³ сточных вод (формула)

где Q - масса уловленного i - ого вредного вещества, т/год;

Q_B- количество очищаемой воды, м³/год;

n - количество улавливаемых веществ.

Расчеты экономического ущерба осуществляются в соответствии с типовой методикой (1), позволяющей укрупненно оценить ущерб от загрязнения атмосферы, водоемов, акустической среды населенных мест, причиняемый транспортом и его предприятиями, а также подсчитать экономический результат природоохранных мероприятий.

5.2 Определение расхода топлива

Для расчета выбросов вредных веществ при работе котельного aгрегата необходимо знать расход топлива В, г/с: т/год.

А. Секундный расход топлива. Секундный расход для одного котельного агрегата можно определить из уравнения теплового баланса

,

где В₁ - расход топлива для одного котла, г/с - при сжигании твердого и жидкого топлива; л/с - при сжигании газообразного топлива;

 - теплотворная способность топлива,  - для твердого и жидкого топлива;  - для газообразного;

 - КПД котельного агрегата (брутто) задается;

Q_ka - теплопроизводительность котельного агрегата, МВт.

Для котла, работающего в водогрейном режиме:

,

для парового котла

,

где G - расход горячей воды, т/ч;

С = 4,19  - теплоемкость воды;

t_гв = 100°С - температура горячей воды;

t_пв = 30°С - температура питательной воды;

Д - производительность котельного агрегата, т/ч;

i_n - энтальпия пара, кДж/кг;

i _nв - энтальпия питательной воды, кДж/кг.

Значения энтальпий пара и питательной воды определяются по термодинамическим таблицам:

котлы типа БКЗ: при Р = 40 бар и t_гв = 440⁰C i_n = 3300 кДж/кг,

при t_пв = 145⁰C i_пв = 608 кДж/кг,

котлы серии КЕ и ДЕ, оборудованные пароперегревателем:

при Р = 14 бар и t_гв = 350⁰C i_n = 3060 кДж/кг,

при t_пв = 100⁰C i_пв = 419 кДж/кг,

 

котлы серии КЕ и ДЕ без пароперегревателя

при Р = 14 барi_п = 2790 кДж/кг,

при t_пв = 100⁰Сi_пв = 419 кДж/кг.

Расход топлива для n котлов в котельной:

В = В * n, г/с или л/с.

Б. Годовой расход топлива. При определении годового расхода топлива необходимо задавать:

1. Д_тех, т/ч – расход пара на технологию. Если котельный агрегат работает в водогрейном режиме, то Д_тех = 0;

2. Q_ов, МДж/ч – расход тепла на отопление и вентиляцию;

3. Q_гв,. МДж/ч – расход тепла на горячее водоснабжение.

Суммарный годовой расход теплоты определяется по формуле:

, МДж/год,

где Q ^г_тех – годовой расход теплоты на технологические нужды, МДж/год;

Q ^г_ов – годовой расход теплоты на отопление и вентиляцию, МДж/год;

Q ^г_гв – годовой расход теплоты на горячее водоснабжение, МДж/год;

Q ^г_cн – годовой расход теплоты на собственные нужды, принимается равным 5% от суммы ( ), МДж/год;

Q ^г_пот – годовой расход теплоты на компенсацию потерь тепла в трубопроводе, в арматуре и т.п., принимается равной 2% от суммы ( ), МДж/год.

,

где  = i_n - i_k - разница энтальпий пара и конденсата с производства, кДж/кг.

Для определенности принимаем, что на технологию подается насыщенный пар с давлением Р = 8бар, а возвращается конденсат (полностью) с температурой t_K = 60°С. При этих температурах имеем

i_n = 2770 кДж/кг;

i_k = 251,4 кДж/кг;

m – число часов работы предприятия-потребителя принимается равным 8, 16, 24 часа; 24 – количество рабочих дней в месяце; 12 – количество месяцев в году.

, МДж/год,

где t_n = +18⁰C – температура воздуха внутри помещения; t_ср.от – среднесуточная отопительная температура наружного воздуха для данной местности, ⁰С;

t – наружная температура воздуха, ⁰С;

n_от – число суток с отрицательной температурой, сут. 24 — число часов в сутках, ч.

, MДж/год,

где К = 0,65 – коэффициент, учитывающий снижение расхода горячей воды в летний период.

, МДж/год.

Расход тепла на компенсацию потерь

, МДж/год.

Число часов работы котельной в год определяется по формуле

, ч/год,

где Q_кa – теплопроизводительность котельного агрегата. N_котл - число котлоагрегатов в котельной, шт.

Годовой расход топлива:

для твердого и жидкого топлива

В_г = 3600 * В * N_max * 10^-6, т/год.

Для газообразного топлива

В_г = 3600 * В * N_max * 10^-6, тыс м³/год,

где В - секундный расход топлива, г/с или л/с.

Углеводороды (емкости с мазутом)

Расчет величины потерь нефтепродуктов от испарения основан на расчете квартальных потерь с учетом климатических условий, оборачиваемости резервуаров и наличия технических средств сокращения потерь. При этом потери учитывают все виды испарения, т.е. «большие и малые дыхания», а также «обратный выдох».

Квартальные потери можно определить

,

где - объем мазута в котельной, м³;

V_{peз i}, – объем i-гo резервуара, м³;

, – степень затопления резервуара нефтепродуктом;

Р_г = В -давление паровоздушной смеси в газовом пространстве, Па;

В – барометрическое давление, Па (резервуары не оборудованы «дыхательными» клапанами). Принимаем В = 760 мм рт ст – 10100 Па;

р_n – средняя плотность паров мазута в газовом пространстве, определяется по средней температуре, кг/м³

, кг/м³,

где - молекулярная масса паров мазута, кг/кмоль.

Угольная пыль (склад твердого топлива)

Секундный выброс, г/с, производится по формуле

,

где S - открытая площадь поверхности угольного штабеля, м²;

W_с = 10^-3 г/м²с - удельная сдуваемость пыли;

 = 0,1 - коэффициент измельчения угольной пыли.

Годовые выбросы можно найти по формуле

, т/год.

Золошлаковая пыль (золоотвал)

Пыль с поверхности золоотвала определяем по формуле

, г/с.

Поверхность золоотвала S, м² для определенности принимаем равной 10-кратной поверхности угольного склада, т.е.

S_эш = 10*S, шт.

Годовой выброс будет равен

, т/год.

5.3 Оценка экономического ущерба от загрязнения атмосферы /10/

Величина предотвращенного экономического ущерба от загрязнения воздуха рассчитывается по формуле 5.3.1.

Величина ущерба, причиняемого годовыми выбросами загрязнений в атмосферный воздух, для отдельного источника определяется по формуле

,

(5.3.1)

где  – денежная оценка ущерба, тг/усл.т., устанавливается акимами областей и пересматривается ежеквартально с учетом инфляции (на апрель 1997г. для г.Алматы  - 355тг/усл.т);

 – безразмерный коэффициент относительной опасности загрязнения атмосферы, зависит от типа загрязняемой территории;

f – безразмерный коэффициент рассеивания загрязнений атмосферы, зависит от агрегатного состояния вещества, от высоты устья источника выбросов и температуры загрязняющей газо-воздушной смеси;

М – приведенная масса годового выброса загрязнений, усл. т/год.

Значение безразмерного коэффициента рассеивания загрязнения атмосферы f в зависимости от агрегатного состояния и скорости оседания твердых частиц вычисляется по формулам 5.3.2 – 5.3.4  для газов и частиц пыли со скоростью оседания менее 1см/с, а если скорость оседания неизвестна, то со степенью очистки выброса более или равным 90%.

.

(5.3.2)

Значение коэффициента относительной опасности загрязнения атмосферы σ определяется по таблице 14.

Таблица 14 - Значение коэффициента относительной опасности загрязнения атмосферы σ над территориями различных типов

Тип загрязняемой территории	Значение коэффициента
Курорты, санатории, заповедники, заказники	10
Пригородные зоны отдыха, садовые и дачные участки	8
Населенные места с плотностью населения n чел/га	(0,1 чел/га) · n
Центральная часть городов с населением более 300 тыс. чел.	8
Территории промышленных предприятий и пром. узлов	4
Леса: 1-я группа 2-я группа 3-я группа	0,2 0,1 0,025
Пашни (южнее 500 с.ш.)	0,25
Орошаемые пастбища, сенокосы	0,1

Для частиц, оседающих со скоростью от 1 до 20 см/с, при степени очистки 70 до 90%

,

(5.3.3)

для частиц, оседающих более 20см/с, степень очистки менее 70%

f=f3=10 (5.3.4),

(5.3.4)

где H - высота источника;

U – среднегодовое значение модуля скорости ветра на уровне флюгера, м/с, (если значение U не известно, то принимается U=3);

 - безразмерная поправка на подъем факела выбросов в атмосфере

,

(5.3.5)

Т_г, Т_ос – соответственно температуры в устье источника и окружающей среды.

В общем случае при выборе примесей с тремя различными значениями параметра f из одного источника формула (5.3.1) примет вид

.

(5.3.6)

Значение приведенной массы годового выброса загрязнений в атмосферу из источника (M₁) определяется из выражения

,

(5.3.7)

где А_i - показатель относительной агрессивности примеси i-oгo вида,

усл.т/т;

n - общее число примесей, выбрасываемых источником в атмосферу;

m_i - масса годового выброса примеси i-oгo вида, тг/год.

Значения величины А_i для наиболее распространенных веществ, выбрасываемых в атмосферу в таблицах 15 и 16.

Таблица 15 – Значения величины А_i для некоторых распространенных видов пыли, выбрасываемых в атмосферу (при количестве осадков более 400 мм/год)

Таблица 16 – Значения величины A_i для некоторых веществ, выбрасываемых в атмосферу (для районов 45⁰ с.ш.)

 Продолжение таблицы 16

Массу выбросов вредных веществ можно определить, исходя из расхода сырья. Например, зная расход угля котельной, можно определить массовые выбросы золы угля, диоксидов серы и азота, окиси углерода.

Количество твердых частиц, выделяющихся при сжигании угля

, тг/год,

(5.3.8)

где В - расход топлива (угля), т/год;

 А_р - зольность топлива, %, Карагандинский уголь — 27,6%;

 f - коэффициент, зависящий от конструкции топки (подвижная или неподвижная решетка, ручная подача и т.п.), для угля f = 0,0023;

   - коэффициент улавливания золы в аппарате очистки, если аппарата очистки нет, то .

Количество SO₂, выделяющегося при сжигании угля

, т/год,

(5.3.9)

где S^p - содержание серы в топливе, %, Карагандинский уголь - 0,8%;

 - доля SO₂, связываемая летучей золой, Карагандинский уголь - 0,1;

 - доля SO₂, улавливаемая в аппарате очистки.

Выделяющееся количество СО

, т/год,

(5.3.10)

где  – низшая теплота сгорания топлива, МДж/кг, Карагандинский уголь- 21,12 МДж/кг;

 – количество СО, образующегося на единицу тепла, выделяющегося при сгорании топлива, кг/кДж, зависит от типа топки; уголь (неподвижная решетка, ручной заброс)- 1,9;

 – потери теплоты, вызванные механической неполнотой сгорания топлива, зависят от конструкции топки; уголь (неподвижная решетка, ручной заброс) - 7%.

Количество NO₂

, т/год,

(5.3.11)

где k_NO2 - количество NO₂, образующееся на один ГДж тепла, кг/ГДж, зависит от мощности котельной, уголь - 0,2 (котельная малой мощности);

 - коэффициент, учитывающий степень снижения выбросов NO₂ в результате технических решений,  =0.

При оценке ущерба от выбросов необходимо учитывать все выбрасываемые вещества, включая микропримеси. Игнорирование какой-либо примеси в составе выбросов ведет к занижению оценки ущерба и в конечном счете заниженной оценке эффективности природоохранных мероприятий.

У_ф определяется (5.3.1), однако при определении приведенной массы Mi годового выброса загрязнений при определении У_ф необходимо учитывать степень очистки очистных сооружений от примесей, при этом

,

(5.3.12)

где - степень улавливания i-oгo вещества в очистных сооружениях, %.

5.4 Оценка экономического ущерба от загрязнения водоемов

Экономическая оценка ущерба У, тг/год, от загрязняющих примесей в какой - либо водоем предприятием, населенным пунктом или другим источником определяется по формуле

,

(5.4.1)

где У - оценка ущерба в денежном выражении, тг/год;

 - денежная оценка ущерба, тг/усл. т, устанавливается акимами областей (в среднем для Казахстана = 4000);

 - безразмерная константа, имеющая разное значение для различных водохозяйственных участков (значения  указаны в таблице 17).

Таблица 17 - Значения для некоторых водохозяйственных участков, находящихся на территории Казахстана

Наименование бассейнов рек	Административный состав участков	Значение
Урал	Актюбинская обл., северо-западная часть	2,7
Урал, устье	Западно-Казахстанская обл.. Восточная и Центральная части; Атырауская обл., северная часть	0,75
Сырдарья, устье	Южно-Казахстанская обл.; Кзыл-Ординская обл.	0,37
Шу, устье	Жамбылская обл., Южно-Казахстанская обл., северная часть	1,89
Или, устье	Алматинская обл.	0.92
Иртыш, Павлодар	Карагандинская и Восточно-Казахстанская обл.; Павлодарская обл. южная часть	2,1
Иртыш, устье	Павлодарская обл., северная часть; Акмолинская обл., восточная часть; Северо-Казахстанская обл., восточная часть	1
Ишим, устье	Акмолинская и Северо-Казахстанская обл.	0.81
Тобол, устье	Кустанайская обл.	0,97

 

 М – приведенная масса годового выброса загрязнений, усл.т/год. Значение величины М определяется по следующей формуле

,

(5.4.2)

где i - номер сбрасываемой примеси;

n - общее число примесей, сбрасываемых оцениваемым источником;

m_i - общая масса годового сброса i-й примеси оцениваемым источником т/год;

А_i - показатель относительной опасности сброса i -ого вещества в водоемы (усл. т/т).

Численное значение величины для каждого загрязняющего вещества рекомендуется определять по формуле

Ai = 1/ПДКi p/x(усл. т/т),

(5.4.3)

где ПДК_{i р/х} - предельно допустимая концентрация i -ого вещества в воде водных объектов, используемых для рыбохозяйственных целей.

Численные значения А_i, наиболее распространенных загрязнителей приведены в таблице 18.

Таблица 18 - Значение константы A_i для некоторых веществ, загрязняющих водоемы

Вещество	Ai усл. т/т
БПКполн	0,3
Взвешенные вещества	0,05

Продолжение таблицы 18

Вещество	Ai усл. т/т
Сульфаты	0,002
Хлориды	0,003
Азот общий	0.1
СПАВ	2
Нефть и нефтепродукты	20
Медь	100
Цинк	100
Аммиак	20
Мышьяк	20
Цианиды	20
Стирол	10
Формальдегиды	10

 

 Общая масса годового сброса i-й примеси оцениваемым источником (т/год) рассчитывается в зависимости от схемы сброса сточных вод в водоем.

1. Сточные воды в водоем поступают только от одного оцениваемого
источника, и концентрации вредных примесей (С_i) в воде относительно
постоянны в течение года, тогда

mi = Ci · U ·106 т/год,

(5.4.4)

где С_i - величина концентрации i-й примеси (г/м );

U – объем годового сброса сточных вод данным источником в водоем

(млн. м³/год).

2. Сточные воды от нескольких К источников поступают сначала на
очистные сооружения, а затем сбрасываются в водоем, причем очистные
сооружения задерживают р_i % от общей массы сбрасываемого i-огo
вещества

mi = mi0 (100 – рi) / 100 т/год,

(5.4.5)

где m_io - общая масса i-й примеси, поступающая от всех К источников на очистные сооружения (т).

3. Сточные воды поступают в водоем от нескольких К источников

т/год,

(5.4.6)

где  m_ik — масса годового поступления в водоем от К источника, т.

Изложенный метод укрупненной оценки ущерба от сброса примесей в водоемы не применим в случаях, когда сбросы носили залповый характер.

5.5 Оценка экономического ущерба от загрязнения акустической среды населенных мест

Основным источником шума в населенных пунктах является транспорт. От шума прежде всего страдают жители городов и поселков, находящихся вблизи крупных автомобильных магистралей, железнодорожных линий и станций. Воздействие шума на человека приводит к повышенной утомляемости, уменьшению производительности труда, увеличению заболеваемости, нарушению нормального отдыха и т.д.

 Экономическая оценка годового ущерба, У_об. причиняемого шумами от всех источников в условиях жилых помещений, определяется по формуле

У об = У о внеш + У д внеш,

(5.5.1)

где У_{о внеш} и У _{д внеш} – экономическая оценка годового ущерба, причиняемая жителям шумами от внешних источников, соответственно в ночное и дневное время.

Под расчетным годовым дневным временем следует понимать объединение всех промежутков времени от 7⁰⁰ до 23⁰⁰ местного времени в течение года, все прочее время в течение года следует относить к годовому ночному времени.

Экономическую оценку годового ущерба в дневное и ночное время можно вычислить по формулам:

,	(5.5.2)
,	(5.5.3)

где  – множитель, имеющий размерность тг/(чел. год), рекомендуется принять  = 100;

N_(LH) – количество людей (чел.), работающих, проживающих на территории данного предприятия (массива), в помещениях, в которых эквивалентный уровень шума при усреднении в годовое ночное время имеет значение (L_o), в дБА (по измерениям или заданном предварительно);

N_(LД) – количество людей (чел.), работающих, находящихся в помещениях данного предприятия или жилого массива, в которых эквивалентный уровень шума при усреднении в дневное время имеет значение (L_Д), в дБА (по измерениям или заданном предварительно);

А_(LД) , A_(Lo) – безразмерные величины, зависящие от уровня шума в помещении, от внешнего источника соответственно в дневное и ночное время.

A(lД) = 20,1LД - 5,3,	(5.5.4)
A(Lh) = 0,5 * 20,15Lн - 6,1,	(5.5.5)

где L_д, L_H - эквивалентный уровень звука внутри помещения от внешних источников шума соответственно в дневное и ночное время (дБА).

Значения коэффициентов A_(lД), A_(Lh) , вычисленные по формулам (5.5.3) и (5.5.4), приведены в таблице 19.

Таблица 19 -Значения безразмерных величин A_(LД), A_(LH)

При оконных проемах обычных (нешумозащитных) конструкций
уровень шума в жилье определяется приближенно по формуле

LH = Lн внеш - 10 (дБА), LД = Lд внеш - 10 (дБА),

(5.5.6)

где L_{н внеш} (L_д = L_{д внеш}) — эквивалентный уровень звука, измеренный L_н вне жилого здания на растоянии 2м от оконных проемов, при усреднении за годовое ночное (дневное) время.

Список  литературы

1.         Хван Т.А. Промышленная экология /Серия «Учебники, учебные пособия». – Ростов н/Д: Феникс, 2003. – 268 с.

2.         Степановских А.С. Экология.- М. : ЮНИТИ, 2001. – 703 с.

3.         Тонкопий М. С. Экология и экономика природопользования: Учебник. – Алматы: Экономика, 2003.- 592 с.

4.         Дюсебаев М.К. Охрана окружающей среды в энергетике: Учебное пособие. – Алма-Ата: КазПТИ, 1988.- 89 с.

5.         Дюсебаев М.К., Борисов В.Н., Арестова В.В. Энергетика и окружающая среда.  – Алма-Ата: АЭИ, 1992.- 54 с.

6.         Чистякова С.Б. Охрана окружающей среды: Учеб. для вузов. - М.: Стройиздат, 1988. – 272 с.

7.         Экономические основы экологии: Учебник /В.В.Глухов, Т.В. Лисочкина, Т.П.Некрасова. – СПб, Специальная литература, 1995. – 280 с.

8.         Яковлев С.В., Карелин Я.К. и др. Канализация. - М.: Стройиздат, 1980.- 630 с.

9.         Временная типовая методика определения экономической эффективности осуществления природоохранных мероприятий и оценка экономического ущерба, причиняемого народному хозяйству загрязнением окружающей среды. - М.: Экономика, 1986. - 94 с.

10.     Тищенко Н.Ф. Охрана атмосферного воздуха. Расчет содержания вредных веществ и их распределение в воздухе. Сравочник. Изд. – М.: Химия, 1991. – 368 с.

11.     Белов С.В., Ильницкая А.В., Козьяков А.Ф. и др.; Под общ. ред. Белова С. В. 5-е изд., испр. и доп.- М.: Высш. шк., 2005. – 606 с.

12.     Кукин П.П., Лапин В.Л., Пономарёв Н.Л., Сердюк Н.И. Безопасность жизнедеятельности. Безопасность технологических процессов и производств – 2003. – 319 с.

13.     Илларионов А.И. Экологические основы природопользования. Экология и жизнь, – М., 2002. – 316 с.

14.     Челноков А.А., Ющенко Л.В. Основы промышленной экологии. – Мн., 2001. – 268 с.

15.     Охрана окружающей среды. Под ред. С. В. Белова – М.: Высшая школа, 1991. – 319 с.

16.     Мазур И.И., Молдаванов О.И. Курс инженерной экологии: Учебник для вузов / Под ред. И.И.Мазура /. – М.: Высшая школа, 1997. - 447 с.

17.     Ливчак И.Ф., Воронов Ю.В. Охрана окружающей среды. – М.: Стройиздат, 1988. – 191 с.

18.     Рекомендации по расчету экономической эффективности научно-технических мероприятий в области очистки природных и сточных вод. – М.: ВНИИ ВОДГЕО, 1999. – 306 с.

19.     Бобков А.С., Блинов А.А., Роздин И.А., Хабарова Е.И. Охрана труда и экологическая безопасность в химической промышленности. – М.: Химия, 1998. – 400 с.

 

 

Дюсебаев Марат Канафиевич

 Кашкарова Зарифа Ахметовна

 Жандаулетова Фарида Рустембековна

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                              Основы экологии

Учебное пособие

 

 

 

 

 

 

Редактор  

Св. тем. план 2005 г., поз. 9

 

 

 

 

 

 

 

Сдано в набор 

Формат 60х84  1/16

Бумага типографская

Уч.- изд. лист.-5,8. Тираж      . Заказ  601, Цена 230 тг.           .

Подписано в печать   15.03.2006

 

 

 

 

 

Копировально-множительное бюро

Алматинского института энергетики и связи

050013, Алматы, ул. Байтурсынова, 126